多材料3D打印在航空航天国防领域的发展趋势

▲用铝和碳纤维3D打印的工件

作为3D打印制造技术的日益流行，工程师们现在正在尝试3D打印不同的材料在一起，为航空航天工业制造具有成本效益和可持续发展的零件。

包括洛克希德•马丁公司和波音公司，以及一些航空航天国防领域的次级承包商、政府研究机构和大学实验室都在探索如何打印多种材料，特别是3D打印不同的金属材料。这可以制造出一些满足特殊功能要求的零件，包括一端非常坚硬，另一端具备优越的导热性。

多材料打印冶金、工艺、软件齐发力

多材料3D打印虽然还处于起步阶段，但却充满了可能性，因为它可以赋予工程师更大的自由去实现设计要求。空军实验室就在积极进行相关的研究，而这种一次性完成并且融合有多种材料的零件明显突破了传统加工方式的束缚 — 后者必须用单一材料制造出单个零件，再通过焊接等工艺将它们结合到一起。

值得一提的是，美国宾夕法尼亚州立大学的创新材料加工中心也在进行类似的研究。通过一种叫做直接数字沉积（CIMP-3D）的技术，他们成功用不同的金属制造出了单一的零件。据中心实验室负责人Rich Martukanitz介绍，他们为美国海军提供耐腐蚀的材料研究。借助3D打印，他们可以只在对耐腐蚀或磨损要求高的部位添加镍基材料。

▲用铝3D打印的工件

当然，有些金属并不容易被混合加工，比如铝和钛。而工程师更倾向于使用铝，因为它密度低。但在一些注重低重量和高强度结合方面，钛仍是必须的。所以就需要通过3D打印技术将钛和铝制成一个零件，在对强度有高要求的部位增加钛的使用。这就将为当前的零件制造带来颠覆性的改变。

CIMP-3D正在开发一种方法，将每种材料进行元素分级，以避免打印一个新的零件时不必要的时间浪费。

从冶金学上来理解3D打印多材料是一个研究方向，通过将每种材料进行元素分级，CIMP-3D可以系统化的进行多种材料3D打印研究。

据波音防务的Leo Christodoulou介绍，3D打印技术虽然在不断发展，但在过去几年里仍具有一定的稳定性。所以，基于加工技术研究材料不仅需要对材料冶金性能的理解，还需要对加工工艺的理解以及软件的应用。

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来源：3D科学谷