比SLM快十倍的攪拌摩擦沉積3D打印技術(shù)，MELD制造公司與大學(xué)合作推進(jìn)新技術(shù)研究

導(dǎo)讀：傳統(tǒng)的金屬3D打印技術(shù)多是采用高能束將材料熔化后完成冶金結(jié)合，由于熔化過程涉及固液相變，導(dǎo)致材料在打印中難免產(chǎn)生缺陷。MELD制造公司推出的攪拌摩擦沉積3D打印技術(shù)則另辟蹊徑，開發(fā)出了一種不使用高能熱源，也不需要保護(hù)氣氛的新型攪拌摩擦沉積增材制造技術(shù)，且擁有十倍于粉末床熔融技術(shù)的成形速度。

2022年3月7日，南極熊獲悉，位于弗吉尼亞州克里斯蒂安斯堡的3D打印技術(shù)開發(fā)商MELD制造公司已經(jīng)與弗吉尼亞理工大學(xué)開展合作，以尋求進(jìn)一步推進(jìn)其增材制造摩擦沉積技術(shù)。

一直以來，MELD制造公司都在持續(xù)推進(jìn)金屬摩擦沉積工藝的開發(fā)和研究，同時(shí)制造基于該技術(shù)的3D打印機(jī)�，F(xiàn)在，來自弗吉尼亞理工大學(xué)材料科學(xué)和工程實(shí)驗(yàn)室的Yu研究小組已經(jīng)開始以學(xué)術(shù)身份帶頭研究該技術(shù)。

據(jù)弗吉尼亞理工大學(xué)稱，其研究方向包括工藝基礎(chǔ)，如溫度、材料流動(dòng)和變形，動(dòng)態(tài)相和微結(jié)構(gòu)演變，以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)和制造。該團(tuán)隊(duì)還希望利用磁性材料、金屬玻璃和形狀記憶材料開發(fā)新的應(yīng)用。

MELD制造公司的首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人NanciHardwick解釋說："我們與弗吉尼亞理工大學(xué)材料科學(xué)部有著密不可分的聯(lián)系。他們的專業(yè)知識(shí)對(duì)我們非常關(guān)鍵，大學(xué)里已經(jīng)引進(jìn)了我們公司的一臺(tái)機(jī)器，同時(shí)輔以世界級(jí)的表征設(shè)備，可謂是天作之合。因?yàn)檫@是一個(gè)新的過程，我們的客戶需要知道很多關(guān)于我們打印材料的信息，而弗吉尼亞理工大學(xué)正在幫助我們獲得這些信息。"

△增材制造攪拌摩擦沉積技術(shù)。照片來自MELD制造公司。

增材式攪拌摩擦沉積法是如何工作的？

MELD制造公司擁有十幾項(xiàng)增材制造攪拌摩擦沉積工藝的專利，與其他金屬3D打印技術(shù)不同的是，該技術(shù)是一個(gè)固態(tài)過程，在低于熔化溫度的情況下進(jìn)行，往往不會(huì)熔化打印材料。

從這項(xiàng)技術(shù)中我們可以看到一個(gè)固體進(jìn)料桿（打印材料）被推過一個(gè)空心旋轉(zhuǎn)工具，當(dāng)送料桿接觸到下面的基材時(shí)，它開始涂抹并通過摩擦粘在基材上，發(fā)生塑性變形，但絕不會(huì)熔化。快速旋轉(zhuǎn)的工具具有加熱材料的作用，使其具有足夠的可塑性，從而發(fā)生如此嚴(yán)重的塑性變形。一旦第一層被涂上，送料桿就會(huì)被簡(jiǎn)單地抬起并推回，以打印更多的層，直到最后的三維部件完成。

摩擦沉積工藝與各種金屬兼容，如鋁、鈦、鋼和鎳基超合金。MELD的3D打印應(yīng)用主要是在國(guó)防領(lǐng)域，包括零件涂層、部件維修、金屬連接和定制金屬基復(fù)合材料坯料。

由于其固態(tài)性質(zhì)，與傳統(tǒng)的激光3D打印相比，增材制造攪拌摩擦沉積技術(shù)具有較低的殘余應(yīng)力和明顯較低的能量需求。它還與那些不容易出現(xiàn)孔隙、熱裂和其他與熔融技術(shù)有關(guān)的問題的材料兼容。

此外，MELD的技術(shù)是一個(gè)單一步驟的過程，所以用戶不必?fù)?dān)心燒結(jié)或熱等靜壓（HIP）等繁瑣的后處理工作流程來提高零件質(zhì)量。

△獲得專利的MELD固態(tài)工藝。照片來自MELD制造。

尺寸和速度的結(jié)合

據(jù)MELD稱，增材攪拌摩擦沉積技術(shù)能夠以前所未有的規(guī)模生產(chǎn)大型金屬零件。這可以歸因于這樣一個(gè)事實(shí)，即該技術(shù)不限于小型粉末床或真空系統(tǒng)，它是一種可以在開放的大氣環(huán)境下實(shí)施的工藝，不受操作環(huán)境或材料表面條件的限制。MELD公司還聲稱，該技術(shù)的材料沉積速度比粉末床熔融等工藝快十倍以上。

哈德威克補(bǔ)充說："我們能夠制造大尺寸的部件，而這些零件以前只能通過鍛造完成。我們能夠制造出其他3D打印技術(shù)不能打印的合金，而且能夠露天制作，這就消除了規(guī)模上的任何限制。這是一個(gè)令人難以置信的可擴(kuò)展的技術(shù)。"

△前沿作戰(zhàn)基地的MELD增材制造維修概念圖。圖片來自MELD制造公司

增材制造攪拌摩擦沉積只是近年來亮相的眾多3D打印工藝之一。就在本周，總部位于巴塞羅那的BCN3D宣布了其新的粘性光刻制造（VLM）3D打印技術(shù)，標(biāo)志著該公司進(jìn)入了樹脂市場(chǎng)。該方法是一種多材料的方法，使用戶能夠同時(shí)用兩種高粘性樹脂進(jìn)行打印。

在其他地方，一個(gè)包括空中客車公司、賽峰集團(tuán)著陸系統(tǒng)公司和蘇格蘭國(guó)家制造研究所（NMIS）在內(nèi)的財(cái)團(tuán)最近開始為航空航天領(lǐng)域研究一種新的混合定向能量沉積（DED）3D打印工藝。據(jù)報(bào)道，這項(xiàng)新技術(shù)旨在克服傳統(tǒng)制造公司目前面臨的挑戰(zhàn)，將解決與制造成本和交貨時(shí)間有關(guān)的一些問題。