2.2 功能梯度材料3D 打印
功能梯度材料通過有針對性地改變材料組分的空間分布, 以達到優化結構內部應力分布、滿足不同部位對材料使用性能的要求, 在航天航空、醫學等眾多領域有巨大應用前景. 3D 打印技術是制造非均質零件特別是功能梯度材料零件的一種具有先天優勢的重要方法, 能克服傳統制備方法的生產效率低、梯度成分的連續性和精確性難以把握、生產成本較高等缺陷。
美國里海大學的Liu 等利用LENS 技術制備了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. 美國康涅狄格大學的Wang 等采用多層彩色噴墨打印技術制備出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. 華中科技大學史玉升等2006 年申請了關于一種快速制造功能梯度材料的制備方法的專利。
2.3 多尺度工藝結構一體化3D 打印
3D 打印技術是由點到面、由面到體的堆積成形, 在獲得零件宏觀結構的同時, 又能控制微觀組織結構, 可實現多尺度工藝結構一體化制造, 為生物組織器官制造、金屬組織定向結晶組織結構制造、光子晶體制造等多個研究領域提供新途徑.
多數3D 打印技術一般需要添加工藝支撐等結構才可以制造包含懸臂、裙邊等特征的制件, 為了實現對3D 制件在重量、結構強度、翹曲變形方面的控制, 也需要設計、制造特定的工藝結構. 近年來,隨著3D 打印軟件及控制技術的不斷發展, 通過實時精確控制成形過程中的能量、氣氛、溫度等工藝參數, 已經可以直接制造出微觀尺度的工藝結構, 實現性能、材料、結構一體化設計制造. 德國馬克斯.普朗克(Max Planck) 生物物理化學研究所的Wanke 等通過研究光子帶隙微觀結構的激光快速成形方法, 制備出了66 和133 m 的三維網格, 這種結構可以控制材料的光學性能. 澳大利亞昆士蘭大學的Sercombe 等研究了鋁質零件的快速成形制造方法, 其突出特點是在鋁粉成形后燒結工藝中通入氮氣, 使得鋁基體中形成堅硬氮化鋁網架, 從而改進了材料的組織性能, 并保證了制造的自由性和零件的制造精度. 西安交通大學的李滌塵等通過控制激光金屬直接成形過程環境溫度等工藝參數, 可以控制零件內部組織定向結晶組織的形成。
2.4 3D 打印向多種工藝協作復合成形方向發展
在金屬激光3D 打印成形技術中, 由于激光逐層加工金屬粉末材料固有的球化效應及臺階效應,即使采用目前精度最高的SLM 技術, 其3D 打印制件在表面精度、表面粗糙度等指標上距離直接應用還存在較大差距. 解決上述問題的最佳方法是將激光3D 打印技術(增材制造) 與傳統的機加工技術(減材制造) 在加工過程中結合起來, 在逐層疊加成形的過程中即進行逐層的銑削或磨削加工, 這樣可以避免刀具干涉效應, 成形件加工完成后無需后處理即可直接投入使用, 是目前復雜金屬模具制造的最新發展趨勢. 日本松浦機械制作所已經研制成功了融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“金屬光造型復合加工機"), 已開始應用于制作家電模具, 有望使傳統制作模具時間縮短一半以上. 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) 與銑削加工復合成形的方法, 可以實現復雜的金屬零件制造. 上述技術均要求工藝規劃軟件將3D 打印工藝與傳統工藝相結合, 生成協同工作的加工指令并付諸實施。
未完待續；
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