3D打印有望打造机器人金属手臂

2023-11-20 18:18

目前3D打印技术是个性化打造的发展方向，运用3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，可以以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

现在的金属3D打印工艺尚未达到制造无缺陷的地步，如今最好的设备商也难以完全解决打印过程中存在的金属蒸发、氧化、球化、热应力变形等问题。虽然当前零件的致密度、强度以及表面质量都可以达到比较理想的水平，但对于金属打印尤其是SLM工艺制件内部仍旧容易存留孔隙并存在应力开裂的问题，直接制造的零件仍需要借助传统的手段进行处理，包括致密化和、去除应力等。

在这些后处理手段当中，热等静压是一项极为重要的步骤，无论是航天还是医疗都不可省却。热等静压（简称HIP）是将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密化。

然而，3D打印仅仅是整个制造过程的其中一环，将金属3D打印提升到更高生产水平的一个重要要素是后期处理，包括后期加工选项、材料可追溯性、检验报告以及相关认证，以确保高质量零件符合最终用途和行业标准。

在科学家研究中发现，热等静压在降低晶格结构的孔隙率方面也是有效的，4mm晶胞尺寸对HIP的响应更大，空隙体积比降低了40%，而2mm晶胞尺寸样品的空隙体积比仅降低了22%。还观察到基于样品的晶胞尺寸的孔隙率变化。具有4mm晶胞的HIP样品的孔隙率降低了57%，2mm晶胞尺寸的样品的孔隙率减少了44%。

3D打印金属的方向在航空航天领域的进一步得到应用，这些高安全性和质量标准通过AS9100（航空器、航天和国防工业的国际管理标准）进行监管。该标准为供应商提供了全面的质量体系，以向航空航天和军事实体提供安全可靠的产品。经过全新设计的热等静压+固溶+时效后处理，使LPBF制造的垂直和水平试样的IN718高温合金常温拉伸性能均保持在较高水平，650°C和690MPa下的高温平均断裂寿命分别达到173和131小时，满足相关标准要求。

金属3D打印在未来是可以很好的实现的，经过科技的发展可处理可改善尺寸精度、表面粗糙度和机械性能。生产高质量零件不仅限于3D打印的制造过程，附加的后处理为高要求的最终用途零件提供了高级选项。