鋁材料的增材制造

金屬增材制造可以生產多種金屬,，但鋁增材制造用于開發(fā)專門用于航空航天和汽車工業(yè)的零件。本文探討了生產方法,、優(yōu)勢和應用,。

△圖片來源：MarinaGrigorivna/Shutterstock.com

3D打�,。ㄒ卜Q為增材制造）使用逐層材料構建方法從數字模型生產零件,。3D打印廣泛用于生產聚合物,、金屬、混凝土和水凝膠,。

特別是,，金屬增材制造因其優(yōu)于鑄造、成型和機加工等傳統(tǒng)制造方法的優(yōu)勢而備受關注,。

由于部件設計自由,、部件復雜性、輕量化,、部件整合和功能設計等優(yōu)點,，金屬增材制造被用于航空航天,、石油和天然氣、海洋和汽車行業(yè),。此外,，增材制造是一種無需工具的制造技術,，可以在更短的時間內以高精度生產完全致密的金屬物體,。

3D打印鋁中使用的方法

激光粉末床融合 (LPBF) 是一種用于 3D 打印鋁的方法，具有更高的表面光潔度和高精度,。這個過程是通過使用強大的激光局部熔化材料開始的,，然后形成一層連續(xù)的固化金屬。在該技術中,，材料和零件支撐同時生成,，并且基于鋁基合金的特性，可以修改工藝參數以調整孔隙率,、微觀結構和最終材料特性,。

電子束粉末床熔融是一種類似于LPBF的方法，其中使用電子束來固化金屬粉末,。由于電子束的高加工溫度,，3D 打印零件的單層逐漸冷卻，導致與 LPBF 相比更粗糙的微觀結構,。

AlSi10Mg是3D打印鋁工業(yè)應用中常用的鋁合金,。它的優(yōu)點是高強度、韌性,、動態(tài)質量,、改進的熱特性和可建造性。

AlSi7Mg是另一種典型的鑄造鋁合金,，有密度小,、比強度高、延展性好,，且具有優(yōu)良的鑄造性能和耐蝕性能,，廣泛應用于航空航天、國防,、汽車發(fā)動機引擎鑄件的結構部件,。3D打印的AlSi7Mg的主要優(yōu)點是其重量輕、耐腐蝕和高動態(tài)承載能力,。

此外,，某些研究已經證明了 Al6061和Al7075的成功打印，而以前它們被認為與金屬增材制造方法不兼容,。

△Velo 3D

3D打印鋁的最新研究

在最近發(fā)表在《陶瓷》雜志上的一項研究中,，國內的研究人員使用直接墨水書寫方法打印了磷酸鋁結合的Al2O3陶瓷,。他們的主要發(fā)現(xiàn)是，由于添加了無機粘合劑,，Al2O3陶瓷表現(xiàn)出超低的尺寸收縮,。

最近的研究探索了用于航空航天工業(yè)的3D打印鋁復合夾層結構。復合夾層結構的 3D 打印可以提高航空航天工業(yè)的可持續(xù)性和制造靈活性,。

將納米材料添加到鋁中也是金屬 3D 打印的最新研究課題,。納米材料改善了3D打印鋁的機械和熱性能，并且在3D打印過程中納米顆粒的融合改善了3D打印鋁的性能,。

鋁3D打印的優(yōu)勢

鋁3D打印的優(yōu)勢在于可以通過改變微觀結構和內部受力分布來改變鋁的機械性能,。與傳統(tǒng)方法相比，對鋁 3D 打印的研究也證明了材料節(jié)省,。與傳統(tǒng)方法相比,，使用金屬增材制造的高科技行業(yè)已經證明了復雜部件的制造速度更快、材料強度更高以及延展性優(yōu)勢,。

鋁增材制造還能夠生產高度優(yōu)化的結構,，否則這些結構成本昂貴、耗時,，甚至無法使用傳統(tǒng)制造方法制造,。此外，3D 打印的鋁制部件可以與其他部件一起使用,，以創(chuàng)建混合結構,。

使用鋁3D打印，還可以制造具有能量吸收特性和內部增強特性的結構部分,。此外,，在結構應用中產生的不希望的殘余應力可以轉化為有利的預應力。

△北京寶航新材料鋁合金制件

鋁3D打印的挑戰(zhàn)和未來范圍

用于多種工業(yè)應用的鋁3D打印仍然存在重大挑戰(zhàn),。在某些情況下,，鋁的 3D 打印比傳統(tǒng)的生產方法更昂貴。在金屬3D打印中,，必須修改現(xiàn)有的設計方法以適應材料特性和可變幾何形狀的變化,。

金屬增材制造技術需要更加標準化，并且需要實施新的質量保證程序,，以確保制造的零件在其生命周期內是可靠的,。只要解決了這些技術和工業(yè)挑戰(zhàn)，鋁 3D 打印在各個行業(yè)的應用潛力巨大,。