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1、-3D3D 打印金属件机械性能研究打印金属件机械性能研究3D 打印3D printing，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为根底，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D 打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创立部件。3D 打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。目前 3D 打印出的金属零件材料致密度低，最高能到达铸件的98%，和同类材料强度更高的锻造零件相比还有较大差距。其力学性能、外表光洁度等都还不能满足高精度、高强度零件要求。由于 3d 打印技
2、术是逐层打印成型来构造物体，导致打印出的金属件在微观下必然存在各向异性，并且形成层状复合、层间界面以及微孔特性。各项异性：图图 1 1晶粒生长方向晶粒生长方向图图 2 2片层构造导致各向异性片层构造导致各向异性层状复合：图图 3 3 光学显微照片光学显微照片图图 4 43D3D 层状堆砌模型层状堆砌模型图图 5 5层状构造层状构造 SEMSEM 照片照片层间界面：图图 6 6层间界面及层间界面及 3D3D 层间模型层间模型微孔特性图图 7 7微孔特性微孔特性从 3d 打印金属件的部构造可以发现，想要增加其机械性能，普通 3d 打印技术是不可能的。从力学的角度来看，构件的本质不是形状，而是部应力
3、构造，这直接影响构造件的强度和刚度。而构件部应力构造的形成多数情况下要求一定的外部约束力作用，造成一定的形变后，局部产生应力场分布的改变，从而满足特定的强度需求。3D 打印这种一层一层的往上叠，部应力构造完全均一，即使形状造出来，构建强度和刚度是满足不了要求的。所以想要提高打印件机械性能只能超越现有技术。其实 3D 打印作为一种将材料薄层逐层叠加成型的数控加工工艺有着制作超高强度制品的开展前景。当使用纳米金属颗粒作为打印原料时，可以在较低的温度下将纳米金属颗粒熔融后由打印头重复喷涂积累成型，而在采用将粉末材料铺设后再烧结而重复积累成型方式时纳米金属.z.-颗粒也可按照所铺设的构型被充分熔融再凝
4、固，而且打印时控制所叠加的每一层材料的厚度就可以控制每一层材料熔融后再凝固所形成的晶体的大小，当熔融的金属层足够薄弱且附着在冷的基材上凝固时因为降温迅速还可以获得高强度的非晶态金属构造 当控制使所叠加的每一层材料的厚度很微小时就可得到微晶构造制品，使用激光熔融金属时，宜采用功率大而作用时间短的脉冲激光只使被照射部位尽快熔融而防止长时间照射使相邻的已结晶部位重新熔融造成已完成加工部位的晶体生长融合到正在加工的部位。且激光束的波长越短其最小照射光斑直径就可控制得越小其熔融加工的精度就越精细，如要熔融比激光照射光斑更小的区域可使激光束局部射中正在加工和已加工的材料，如果对材料进展有方案地叠加、熔融打
5、印时可进展逐行、逐列、隔行、隔列、穿插行列等任意顺序打印和控温凝固可另外以小功率光束辅助照射而控制降温方向 还可使结晶的方向被有方案地定向控制可得到按照方案意图排列的晶体构造。显然当金属制品具有按设计意图定向排列结晶的微晶构造时其强度远高于传统铸造、锻造工艺所能得到的强度。可惜每层叠加材料的厚度越微小则打印速度越慢，满足了强度就难以满足制作速度 使用其他非金属打印原料时如果材料颗粒属于纳米粒度而且材料每层叠加的厚度足够微小，对熔融和凝固过程也准确地控制，则同样可以得到高强度微晶构造 当熔融层足够薄弱且附着在冷的基材上凝固时因为降温迅速还可以得到高强度的非晶态构造。至于打印复合材料的制品时，因为
6、3D 打印机可对不同的材料的穿插叠加及积累进展精致的数字化控制，使得各种不同材料可按照设计意图准确地、复杂地、充分地进展混合配置成型，所以其制品强度相较于传统加工工艺可有着明显优势。所以即使现在有些 3D 打印机存在着所打印制品的构造强度低的缺点，但那只是受制于打印原料颗粒不够小、对叠加层的厚度控制不够细微、对熔融和凝固过程的控制不够准确等原因，而 3D 打印技术随着其加工精度不断提高是适于制作高强度制品的。参考文献参考文献1罗军.中国 3D 打印的未来M.,2014,06.2卢秉恒，涤尘.增材制造(3D 打印)技术开展J.机械制造与自动化，20133Gebler M,Uiterkamp A J M S,Visser C.A global sustainability perspective on 3D printingtechnologiesJ.Energy Policy,2014,74:158-167.z.