科學(xué)家利用電化學(xué)技術(shù)對(duì)3D打印的金屬物品進(jìn)行精細(xì)塑形

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薩爾大學(xué)（Saarland University）的研究人員開發(fā)了一種非接觸式方法，可以將3D打印的金屬零件轉(zhuǎn)換成用于專業(yè)應(yīng)用的高精度技術(shù)零件。這項(xiàng)新技術(shù)利用電化學(xué)加工（ECM）將增材制造的金屬部件后加工成具有復(fù)雜幾何形狀和幾千分之一毫米尺寸公差的精密零件。這種方法旨在改善在汽車和航空航天等行業(yè)中必須滿足極其嚴(yán)格的尺寸要求的應(yīng)用中3D打印金屬零件的實(shí)現(xiàn)。

薩爾大學(xué)（Saarland University）的DirkBähre教授解釋說(shuō)：“我們的后加工增材制造金屬零件的技術(shù)提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的方法，可以生產(chǎn)高精度功能性表面，用于要求嚴(yán)格公差的應(yīng)用，它使大量零件可以高效，經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行后處理�！�

薩克蘭大學(xué)的DirkBähre教授（左），與他的研究小組成員Stefan Wilhelm

滿足特殊應(yīng)用的尺寸要求
復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，例如為汽車，飛機(jī)或火箭提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，是由大量高度專業(yè)化的金屬部件制成的。通常，為了確保這些零件完美地裝配在一起并能夠承受極端的機(jī)械應(yīng)力，必須非常精確地制造它們中的每一個(gè)。 “公差可能在微米范圍內(nèi)，”Bähre教授解釋說(shuō)，他與薩爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)一起開發(fā)了新的后處理方法。

從引擎零件到解剖模型，金屬3D打印已經(jīng)成為制造具有復(fù)雜幾何形狀的組件的既定方法。然而，研究人員指出，經(jīng)常在許多專業(yè)應(yīng)用中逐層構(gòu)造零件的3D打印不能滿足極其嚴(yán)格的尺寸要求。并且在某些情況下，零件的幾何形狀可能過(guò)于復(fù)雜，無(wú)法通過(guò)常規(guī)金屬3D打印來(lái)生產(chǎn)。

因此，巴勒教授和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)定了精煉3D打印金屬零件的目標(biāo)，以使它們的尺寸精確到幾千分之一毫米。研究小組是精密加工和精加工領(lǐng)域的專家，他們開發(fā)了新穎的技術(shù)，將金屬3D打印與ECM相結(jié)合，這是一種通過(guò)電化學(xué)工藝去除金屬的方法。通過(guò)電化學(xué)去除材料，即使是最復(fù)雜的幾何形狀也可以用最堅(jiān)硬的金屬制成。 Bähre解釋說(shuō)：“我們的非破壞性，非接觸式制造技術(shù)使我們能夠高效地加工具有復(fù)雜幾何形狀的零件，即使是由高強(qiáng)度材料制成的零件�！�

DirkBähre教授（右）與研究員Shiqi Fang（左）和他的研究小組的技術(shù)助理Stefan Wilhelm（中）

通過(guò)電化學(xué)加工對(duì)3D打印金屬進(jìn)行后處理
Bähre教授的工藝是將3D打印的金屬零件浸入流動(dòng)的電解液中，然后將其電化學(xué)加工成所需的幾何形狀，公差可達(dá)千分之幾毫米。研究人員解釋說(shuō)，這可以在沒(méi)有任何機(jī)械接觸的情況下完成，并且不會(huì)對(duì)工件施加任何機(jī)械應(yīng)力。為此，工程師僅需要電源即可。高電流在工具（陰極）和導(dǎo)電工件（陽(yáng)極）之間流動(dòng)，在這種情況下，導(dǎo)電工件為3D打印金屬部件。然后將金屬零件浸入導(dǎo)電流體（電解質(zhì)）中，電化學(xué)加工過(guò)程會(huì)導(dǎo)致從工件表面去除微小的金屬顆粒。

工件表面上的金屬原子以帶正電的金屬離子的形式進(jìn)入溶液，使工件可以非常精確地獲得所需的幾何形狀。 “通過(guò)調(diào)節(jié)電流脈沖的持續(xù)時(shí)間和工具的振動(dòng)，我們可以非常均勻地去除表面材料，從而留下特別光滑的表面并實(shí)現(xiàn)高尺寸精度，”貝厄爾教授補(bǔ)充道。

研究人員嚴(yán)格檢查了所使用的不同金屬以及所涉及的各個(gè)工藝步驟，以便對(duì)這種方法有透徹的了解。 “通過(guò)認(rèn)真檢查工藝技術(shù)和材料性能，我們可以改進(jìn)和優(yōu)化電化學(xué)方法，從而以更高的精度獲得甚至更光滑的表面或更復(fù)雜的幾何形狀，”Bähre教授解釋說(shuō)。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)，其中他們首先3D打印金屬零件，然后確定如何優(yōu)化后續(xù)的電化學(xué)加工階段以產(chǎn)生所需的結(jié)果。 “我們?cè)敿?xì)研究了不同的材料和工藝參數(shù)如何相互作用，然后確定如何配置整個(gè)生產(chǎn)工藝，”貝勒教授總結(jié)道。