金屬鋁為原材料的增材制造技術在航空航天于車輛工程的應用

3D打�。ㄒ卜Q為增材制造）使用逐層堆積材料的方法從數(shù)字模型生產零件，廣泛應用于聚合物、金屬、混凝土和水凝膠的制造。其中金屬增材制造因其相較于傳統(tǒng)制造方法（如鑄造、成型和機加工）具有零件設計自由，制造出的零件具有重量輕、結構復雜等特點，以及可以對零件進行功能化設計等優(yōu)勢而被廣泛用于航空航天、石油天然氣、船舶和汽車行業(yè)。此外，金屬增材制造是一種無需額外工具的制造技術，可以在更短的時間內生產出高精度的全密度金屬物體。

△使用鋁打印的超輕多孔材料

3D打印中鋁合金的應用

AlSi10Mg是一種用于工業(yè)3D打印鋁的常用鋁合金。它的優(yōu)點是高強度、高韌性、高動態(tài)質量、優(yōu)化的熱特性和可建造性。AlSi7Mg是另一種用于航空航天、國防和汽車工業(yè)結構部件的高強度鋼合金。3D打印AlSi7Mg的主要優(yōu)點是重量輕、耐腐蝕和高動態(tài)承載能力。

3D打印鋁合金的研究現(xiàn)狀


在最近發(fā)表在Ceramics 雜志上的一項研究中，來自中國的研究人員使用直接墨水書寫法打印磷酸鋁粘結的氧化鋁陶瓷。他們發(fā)現(xiàn)由于添加了無機粘結劑，Al2O3陶瓷表現(xiàn)出超低的尺寸收縮。

最近的研究探索了3D打印復合材料夾層結構在航空航天工業(yè)中的應用。復合材料夾層結構的3D打印可以提高航空航天行業(yè)的可持續(xù)性和制造靈活性。

在鋁中添加納米材料也是金屬3D打印領域的一個最新研究課題。在鋁合金中直接混合納米材料或者在3D打印過程中摻入納米顆粒都將改善零件的機械性能和熱性能。

3D打印鋁合金的優(yōu)勢

3D打印鋁合金具有以下優(yōu)點：

可以通過改變微觀結構和零件內部的力分布來改變零件的機械性能。對鋁合金3D打印的研究表明，與傳統(tǒng)方法相比，3D打印針對復雜組件的制造具有更快的速度，同時材料強度更高，延展性更好，也更節(jié)省材料。

鋁合金增材制造還可以生產高度優(yōu)化的結構，例如具有內部加固特征的高能量吸收的零件。零件在打印過程中產生的殘余應力通過合理的結構設計能夠被轉化為有利的預應力，但由于其結構復雜程度高、制造成本高、耗時長因而無法使用傳統(tǒng)制造方法制造。此外，3D打印的鋁合金零件可以與其他零件一起使用，以創(chuàng)建混合結構。

△基于鋁原料的3D打印

未來3D打印鋁合金的挑戰(zhàn)

將鋁合金增材制造用于實際工業(yè)應用上仍然存在許多挑戰(zhàn)。首先，在某些情況下，鋁的3D打印比傳統(tǒng)生產方法更昂貴。其次，現(xiàn)有的設計方法亟需優(yōu)化以適應材料屬性和多變的目標幾何形狀。

此外，需要對金屬增材制造技術制定標準化的質量規(guī)范，以確保制造的零部件在其生命周期中是可靠的。如果這些技術和行業(yè)挑戰(zhàn)得到解決，鋁合金3D打印在各個行業(yè)都將有巨大的應用潛力。