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2.2 功能梯度材料3D 打印

   功能梯度材料通過有針對(duì)性地改變材料組分的空間分布, 以達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布、滿足不同部位對(duì)材料使用性能的要求, 在航天航空、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域有巨大應(yīng)用前景. 3D 打印技術(shù)是制造非均質(zhì)零件特別是功能梯度材料零件的一種具有先天優(yōu)勢(shì)的重要方法, 能克服傳統(tǒng)制備方法的生產(chǎn)效率低、梯度成分的連續(xù)性和精確性難以把握、生產(chǎn)成本較高等缺陷。

   美國(guó)里海大學(xué)的Liu 等利用LENS 技術(shù)制備了Ti/TiC 功能梯度材料, 其組分變化由一邊的純Ti 變化到另一邊的95%的TiC. 美國(guó)康涅狄格大學(xué)的Wang 等采用多層彩色噴墨打印技術(shù)制備出Al2O3/ZrO2 功能梯度材料. 董江等采用同步送粉在銅板上激光熔覆制備了Co-Ni-Cu 梯度涂層. 華中科技大學(xué)史玉升等2006 年申請(qǐng)了關(guān)于一種快速制造功能梯度材料的制備方法的專利。

2.3 多尺度工藝結(jié)構(gòu)一體化3D 打印

   3D 打印技術(shù)是由點(diǎn)到面、由面到體的堆積成形, 在獲得零件宏觀結(jié)構(gòu)的同時(shí), 又能控制微觀組織結(jié)構(gòu), 可實(shí)現(xiàn)多尺度工藝結(jié)構(gòu)一體化制造, 為生物組織器官制造、金屬組織定向結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)制造、光子晶體制造等多個(gè)研究領(lǐng)域提供新途徑.

   多數(shù)3D 打印技術(shù)一般需要添加工藝支撐等結(jié)構(gòu)才可以制造包含懸臂、裙邊等特征的制件, 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)3D 制件在重量、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、翹曲變形方面的控制, 也需要設(shè)計(jì)、制造特定的工藝結(jié)構(gòu). 近年來(lái),隨著3D 打印軟件及控制技術(shù)的不斷發(fā)展, 通過實(shí)時(shí)精確控制成形過程中的能量、氣氛、溫度等工藝參數(shù), 已經(jīng)可以直接制造出微觀尺度的工藝結(jié)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)性能、材料、結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)制造. 德國(guó)馬克斯.普朗克(Max Planck) 生物物理化學(xué)研究所的Wanke 等通過研究光子帶隙微觀結(jié)構(gòu)的激光快速成形方法, 制備出了66 和133 m 的三維網(wǎng)格, 這種結(jié)構(gòu)可以控制材料的光學(xué)性能. 澳大利亞昆士蘭大學(xué)的Sercombe 等研究了鋁質(zhì)零件的快速成形制造方法, 其突出特點(diǎn)是在鋁粉成形后燒結(jié)工藝中通入氮?dú)? 使得鋁基體中形成堅(jiān)硬氮化鋁網(wǎng)架, 從而改進(jìn)了材料的組織性能, 并保證了制造的自由性和零件的制造精度. 西安交通大學(xué)的李滌塵等通過控制激光金屬直接成形過程環(huán)境溫度等工藝參數(shù), 可以控制零件內(nèi)部組織定向結(jié)晶組織的形成。

2.4 3D 打印向多種工藝協(xié)作復(fù)合成形方向發(fā)展

   在金屬激光3D 打印成形技術(shù)中, 由于激光逐層加工金屬粉末材料固有的球化效應(yīng)及臺(tái)階效應(yīng),即使采用目前精度最高的SLM 技術(shù), 其3D 打印制件在表面精度、表面粗糙度等指標(biāo)上距離直接應(yīng)用還存在較大差距. 解決上述問題的最佳方法是將激光3D 打印技術(shù)(增材制造) 與傳統(tǒng)的機(jī)加工技術(shù)(減材制造) 在加工過程中結(jié)合起來(lái), 在逐層疊加成形的過程中即進(jìn)行逐層的銑削或磨削加工, 這樣可以避免刀具干涉效應(yīng), 成形件加工完成后無(wú)需后處理即可直接投入使用, 是目前復(fù)雜金屬模具制造的最新發(fā)展趨勢(shì). 日本松浦機(jī)械制作所已經(jīng)研制成功了融SLM 3D 打印工藝和切削加工于一體的加工裝備LUMEX Advance-25(中文名“金屬光造型復(fù)合加工機(jī)"), 已開始應(yīng)用于制作家電模具, 有望使傳統(tǒng)制作模具時(shí)間縮短一半以上. DMG Mori 最近推出的Lasertec 65 混合銑床提供了另外一種將激光3D 打印(基于涂覆技術(shù)) 與銑削加工復(fù)合成形的方法, 可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的金屬零件制造. 上述技術(shù)均要求工藝規(guī)劃軟件將3D 打印工藝與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合, 生成協(xié)同工作的加工指令并付諸實(shí)施。

未完待續(xù)；