Addiguru與韓國KIMS聯(lián)合研究團隊開發(fā)高通量金屬3D打印筆技術

2023年3月27日，南極熊獲悉，一家總部位于美國的3D打印質量控制解決方案公司Addiguru宣稱，他們與韓國材料科學研究所（KIMS）合作開發(fā)了一種新的金屬3D打印技術，并成功獲得了該技術的專利。

△金屬3D打印筆工藝概念圖

Addiguru公司是專注于開發(fā)基于AI和機器學習的3D打印質量監(jiān)測和控制解決方案的公司，而韓國材料科學研究所則是一家從事先進材料研究和開發(fā)的研究機構。

據了解，該團隊是由韓國材料科學研究所(KIMS)連接技術系的Sang-woo Song、Chan-kyu Kim和Kang-myung Seo博士領導的，他們得到了來自科學和信息通信技術部下屬的政府資助研究機構的資金支持來開發(fā)這種基礎技術。

同時，他們與國立昌原大學機械工程系的Young-tae Cho和Seok Kim教授領導的研究團隊，以及釜山機械研究中心的Dae-won Cho博士領導的研究團隊合作實現了這一目標。最終，他們成功開發(fā)出一種金屬3D打印技術，可以在三維空間中自由連續(xù)打印金屬，該團隊宣稱這是一種重要的技術進步。

△該研究成果被學術期刊Advanced Science（IF=17.521）選為二月刊封面論文，“連續(xù)熔滴轉移實現的高通量金屬3D打印筆”（傳送門）

高通量金屬3D打印筆技術

使用焊接技術的金屬3D打印制造在實現復雜結構方面存在一定的局限性，因為它是一次構建一層的有限過程。后續(xù)層在完全凝固后會層壓，防止熔融金屬流下，因此存在需要冷卻時間、可層壓的條件限制具體例的缺點。為了解決這個問題，研究團隊進行了計算機分析，根據對流/傳導計算并精確控制熔融金屬的表面張力和凝固體積。此外，他們還開發(fā)了一種可以在所有條件下進行金屬增材制造的技術，包括水平、垂直、傾斜和上方位置。

現在，研究團隊開發(fā)的金屬3D打印筆技術，具有在3D空間中沿著焊槍運動方向自由、連續(xù)打印金屬的優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)的激光金屬3D打印，設備建造成本低，并且可以使用市售的焊接材料快速進行3D打印制造，更加經濟實惠。

根據該團隊的說法，在延展性方面，與現有基于Inconel 625的WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）工藝相比，該研究團隊開發(fā)的金屬3D打印筆技術提高了24.5%。WAAM是一種使用電弧熱源的線材類材料進行焊接和3D打印技術。

△這種新的概念，即通過基于電弧等離子體熱源的連續(xù)熔滴轉移進行高通量金屬3D打印工藝

開發(fā)3D自由形式增材制造技術

根據韓國材料科學研究所提供的數據，截至2021年，韓國國內和國際3D打印機市場價值分別為82.1億韓元（約為4937萬人民幣）和21億美元（約為144億人民幣），平均年增長率分別為10.5%和20%。這項研究成果有望通過專注于金屬增材制造的技術優(yōu)勢，并將其用于生產高附加值的機器和零部件，為制造業(yè)注入活力。

負責該研究的KIMS首席研究員Sang-woo Song說道：“我們將3D自由形式增材制造技術引入連續(xù)增材制造過程中，這在現有的金屬增材制造中被認為是不可能的。就像使用聚合物的現有3D打印技術一樣，可以使用現有的金屬焊接材料輕松制造復雜的結構，這為制造業(yè)提供了一個新的范例。”

該研究成果是在韓國科學和信息通信技術部的支持下，由韓國材料科學研究所開展的“多用途微型模塊化反應器多金屬層材料的開發(fā)”項目中實現的。目前，該研究團隊正在繼續(xù)開展針對核電、國防工業(yè)等高附加值機械及零部件增材制造方面的研究。