多材料3D打印在航空航天國防領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

▲用鋁和碳纖維3D打印的工件

作為3D打印制造技術(shù)的日益流行，工程師們現(xiàn)在正在嘗試3D打印不同的材料在一起，為航空航天工業(yè)制造具有成本效益和可持續(xù)發(fā)展的零件。

包括洛克希德•馬丁公司和波音公司，以及一些航空航天國防領(lǐng)域的次級承包商、政府研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)實(shí)驗(yàn)室都在探索如何打印多種材料，特別是3D打印不同的金屬材料。這可以制造出一些滿足特殊功能要求的零件，包括一端非常堅(jiān)硬，另一端具備優(yōu)越的導(dǎo)熱性。

多材料打印冶金、工藝、軟件齊發(fā)力

多材料3D打印雖然還處于起步階段，但卻充滿了可能性，因?yàn)樗梢再x予工程師更大的自由去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求?？哲妼?shí)驗(yàn)室就在積極進(jìn)行相關(guān)的研究，而這種一次性完成并且融合有多種材料的零件明顯突破了傳統(tǒng)加工方式的束縛 — 后者必須用單一材料制造出單個(gè)零件，再通過焊接等工藝將它們結(jié)合到一起。

值得一提的是，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的創(chuàng)新材料加工中心也在進(jìn)行類似的研究。通過一種叫做直接數(shù)字沉積（CIMP-3D）的技術(shù)，他們成功用不同的金屬制造出了單一的零件。據(jù)中心實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Rich Martukanitz介紹，他們?yōu)槊绹＼娞峁┠透g的材料研究。借助3D打印，他們可以只在對耐腐蝕或磨損要求高的部位添加鎳基材料。

▲用鋁3D打印的工件

當(dāng)然，有些金屬并不容易被混合加工，比如鋁和鈦。而工程師更傾向于使用鋁，因?yàn)樗芏鹊?。但在一些注重低重量和高?qiáng)度結(jié)合方面，鈦仍是必須的。所以就需要通過3D打印技術(shù)將鈦和鋁制成一個(gè)零件，在對強(qiáng)度有高要求的部位增加鈦的使用。這就將為當(dāng)前的零件制造帶來顛覆性的改變。

CIMP-3D正在開發(fā)一種方法，將每種材料進(jìn)行元素分級，以避免打印一個(gè)新的零件時(shí)不必要的時(shí)間浪費(fèi)。

從冶金學(xué)上來理解3D打印多材料是一個(gè)研究方向，通過將每種材料進(jìn)行元素分級，CIMP-3D可以系統(tǒng)化的進(jìn)行多種材料3D打印研究。

據(jù)波音防務(wù)的Leo Christodoulou介紹，3D打印技術(shù)雖然在不斷發(fā)展，但在過去幾年里仍具有一定的穩(wěn)定性。所以，基于加工技術(shù)研究材料不僅需要對材料冶金性能的理解，還需要對加工工藝的理解以及軟件的應(yīng)用。

延伸閱讀：《空客批量化生產(chǎn)3D打印鈦金屬零件的背后》

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來源：3D科學(xué)谷