研究發(fā)現(xiàn)可重復(fù)使用的3D金屬打印基板

  在這次研究中，研究人員利用了專門(mén)針對(duì)GMAW技術(shù)的開(kāi)源式3D打印機(jī)，在這臺(tái)機(jī)器上一個(gè)三軸的臺(tái)子被用來(lái)固定基板，而焊機(jī)則用于熔化鋁或者鋼材進(jìn)行逐層3D打印。通過(guò)這樣的描述我們不難想象，成品的結(jié)果一定會(huì)有基板牢牢結(jié)合在一起。

  “正如你們所知，金屬3D打印總是需要后期處理。因?yàn)樽钇鸫a，你需要通過(guò)切割把打印的金屬部件從金屬基板拿下來(lái)。”密歇根理工大學(xué)副教授JoshuaM.Pearce博士稱，“目前，我們已經(jīng)解決了鋁和鋼的問(wèn)題，這里需要使用幾種技術(shù)，其中包括改變覆蓋氣體、表面預(yù)處理和基板的選擇，以引起金屬間化合物——因此，我們只需用一把錘子就能把3D打印對(duì)象從基板上敲下來(lái)，而這個(gè)基板也可以重新使用”。

  針對(duì)這樣的“結(jié)合”，研究人員就是希望找到重復(fù)利用的有效辦法和合適材料。研究中，他們通過(guò)分析孔隙率、硬度遍歷，以及彈性和剪切模量的測(cè)定，選擇了氧化鋁、氮化硼、氮化鈦三種不同材料用于3D打印鋁金屬的基板解除實(shí)驗(yàn)。研究人員通過(guò)操縱焊接級(jí)氬保護(hù)氣體和RC25（這是一種含有25％二氧化碳的混合氣體，用作3D打印鋼的時(shí)候的一種“覆蓋氣體”）保護(hù)氣體，找出了如何減少和修正粘連問(wèn)題的方法。關(guān)于不同基板的研究，研究人員對(duì)每個(gè)“處理?xiàng)l件”分別準(zhǔn)備了5個(gè)樣本。在3D打印鋁時(shí)使用了一系列的材料，并分別分為涂覆和未涂覆作為對(duì)照。而針對(duì)鋼的基板所有的都沒(méi)有涂覆。在3D打印過(guò)程中使用的是標(biāo)準(zhǔn)的鋁和鋼制線材。

  在金屬3D打印過(guò)程中，研究人員會(huì)變更3D打印路徑以提高打印質(zhì)量，在打印鋁金屬的時(shí)候，每層之間有60秒的停頓；在3D打印鋼的時(shí)候與之類似但是方法卻有所變化。對(duì)于這一點(diǎn)，研究人員在他們的論文中稱：“所有使用的基板解除系統(tǒng)都最小化了焊接滲透，并且在與基板銜接的地方形成了一個(gè)比較脆的區(qū)域，這樣只需以最小的沖擊就能將樣品從基板上去除。”通過(guò)這種技術(shù)，再加上允許層冷卻，然后再用水進(jìn)行淬火，研究人員發(fā)現(xiàn)基板在這樣的情況下更容易被除去。研究人員使用數(shù)顯卡尺等對(duì)每組五個(gè)樣品都進(jìn)行了試驗(yàn)和測(cè)量，他們發(fā)現(xiàn)從基板上去除3D打印金屬部件而不折斷任何層，打印對(duì)象也沒(méi)有產(chǎn)生翹曲，基板在此過(guò)程中相對(duì)沒(méi)有受到影響，而剩下的材料仍然保持著“清潔和光澤。”經(jīng)過(guò)檢查孔隙后，數(shù)據(jù)顯示整體的孔隙率低于百分之五，而鋼基板樣品中的孔隙率則稍微低一點(diǎn)。

  此外，研究人員還可以通過(guò)打印設(shè)置，以及操縱和促進(jìn)氧化物的釋放，還有促進(jìn)鋁-鐵化合物的形成等方法使得鋁質(zhì)樣品更容易從鋼質(zhì)基板上去除，而且并不需要切割工具。人們發(fā)現(xiàn)，氧化鋁、氮化硼和氮化鈦是相對(duì)較為有效的脫模劑?？傮w而言，這些研究成果對(duì)于那些使用金屬材料進(jìn)行3D打印的企業(yè)工廠，無(wú)論是小型企業(yè)還是大型工業(yè)實(shí)體，都會(huì)有所很大的幫助。這樣的技術(shù)方法不僅會(huì)使整個(gè)金屬3D打印過(guò)程更加簡(jiǎn)單，并且，可重復(fù)使用的基板也幫助用戶節(jié)省了更多的資源成本。