铝材料的增材制造

金属增材制造可以生产多种金属，但铝增材制造用于开发专门用于航空航天和汽车工业的零件。本文探讨了生产方法、优势和应用。

△图片来源：MarinaGrigorivna/Shutterstock.com

3D打印（也称为增材制造）使用逐层材料构建方法从数字模型生产零件。3D打印广泛用于生产聚合物、金属、混凝土和水凝胶。

特别是，金属增材制造因其优于铸造、成型和机加工等传统制造方法的优势而备受关注。

由于部件设计自由、部件复杂性、轻量化、部件整合和功能设计等优点，金属增材制造被用于航空航天、石油和天然气、海洋和汽车行业。此外，增材制造是一种无需工具的制造技术，可以在更短的时间内以高精度生产完全致密的金属物体。

3D打印铝中使用的方法

激光粉末床融合 (LPBF) 是一种用于 3D 打印铝的方法，具有更高的表面光洁度和高精度。这个过程是通过使用强大的激光局部熔化材料开始的，然后形成一层连续的固化金属。在该技术中，材料和零件支撑同时生成，并且基于铝基合金的特性，可以修改工艺参数以调整孔隙率、微观结构和最终材料特性。

电子束粉末床熔融是一种类似于LPBF的方法，其中使用电子束来固化金属粉末。由于电子束的高加工温度，3D 打印零件的单层逐渐冷却，导致与 LPBF 相比更粗糙的微观结构。

AlSi10Mg是3D打印铝工业应用中常用的铝合金。它的优点是高强度、韧性、动态质量、改进的热特性和可建造性。

AlSi7Mg是另一种典型的铸造铝合金，有密度小、比强度高、延展性好，且具有优良的铸造性能和耐蚀性能，广泛应用于航空航天、国防、汽车发动机引擎铸件的结构部件。3D打印的AlSi7Mg的主要优点是其重量轻、耐腐蚀和高动态承载能力。

此外，某些研究已经证明了 Al6061和Al7075的成功打印，而以前它们被认为与金属增材制造方法不兼容。

△Velo 3D

3D打印铝的最新研究

在最近发表在《陶瓷》杂志上的一项研究中，国内的研究人员使用直接墨水书写方法打印了磷酸铝结合的Al2O3陶瓷。他们的主要发现是，由于添加了无机粘合剂，Al2O3陶瓷表现出超低的尺寸收缩。

最近的研究探索了用于航空航天工业的3D打印铝复合夹层结构。复合夹层结构的 3D 打印可以提高航空航天工业的可持续性和制造灵活性。

将纳米材料添加到铝中也是金属 3D 打印的最新研究课题。纳米材料改善了3D打印铝的机械和热性能，并且在3D打印过程中纳米颗粒的融合改善了3D打印铝的性能。

铝3D打印的优势

铝3D打印的优势在于可以通过改变微观结构和内部受力分布来改变铝的机械性能。与传统方法相比，对铝 3D 打印的研究也证明了材料节省。与传统方法相比，使用金属增材制造的高科技行业已经证明了复杂部件的制造速度更快、材料强度更高以及延展性优势。

铝增材制造还能够生产高度优化的结构，否则这些结构成本昂贵、耗时，甚至无法使用传统制造方法制造。此外，3D 打印的铝制部件可以与其他部件一起使用，以创建混合结构。

使用铝3D打印，还可以制造具有能量吸收特性和内部增强特性的结构部分。此外，在结构应用中产生的不希望的残余应力可以转化为有利的预应力。

△北京宝航新材料铝合金制件

铝3D打印的挑战和未来范围

用于多种工业应用的铝3D打印仍然存在重大挑战。在某些情况下，铝的 3D 打印比传统的生产方法更昂贵。在金属3D打印中，必须修改现有的设计方法以适应材料特性和可变几何形状的变化。

金属增材制造技术需要更加标准化，并且需要实施新的质量保证程序，以确保制造的零件在其生命周期内是可靠的。只要解决了这些技术和工业挑战，铝 3D 打印在各个行业的应用潜力巨大。