MELD与VIRGINIA TECH合作开发摩擦搅拌3D打印技术，未来主要用于国防军工

2022年3月7日美国一家3D打印开发商MELD Manufacturing与VIRGINIA TECH（弗吉尼亚理工学院）合作将共同研发新的摩擦搅拌增材制造技术（FSAM）。

FSAM简介
FSAM最早由美国提出，并在美国掀起研究热潮，FSAM可分为两大类，即：损耗型搅拌针的FSAM和非损耗型搅拌针，又根据制造过程的工业特点分为3种典型模式，即：损耗沉积模式、以板材为进料模式及粉末进料模式，这些不同模式为摩擦搅拌增材制造的产业化发展奠定了基础。

随着金属3D打印工艺的发展，MELD在制造基于该工艺的3D打印机的同时继续开发新的技术。现在，VIRGINIA TECH大学材料科学与工程实验室的 Yu 研究小组已经开始以学术身份带头研究该技术。

△摩擦搅拌3D打印技术示意图。图片来自MELD Manufacturing

南极熊获悉据VIRGINIA TECH称，研究小组科研兴趣包括温度、材料流动和变形等工艺基础、动态相和微观结构演化，以及异质结构材料的设计和制造。该团队还希望利用磁性材料、金属玻璃和形状记忆材料开发新的应用。

MELD的首席执行官兼创始人Nanci Hardwick解释说：“我们与材料科学部始终保持着密切的合作。他们对我们非常重要，因为他们拥有相关的专业知识，一台由我们供给的机器，还有世界一流的表征仪器设备。这项FSAM研究属于全新的技术，我们的研究需要分析打印材料的大量信息，而VIRGINIA TECH正好可以帮助我们获取这些信息。”

MELD的摩擦搅拌3D打印技术
MELD宣传他们的摩擦搅拌沉积工艺拥有十多项专利技术，与其他倾向于熔化打印材料的金属3D打印技术不同，该技术是一种固态过程，发生在低于熔化温度的温度下。

△获得专利的MELD固态工艺。图片来自MELD Manufacturing

该技术将实心进料杆（打印材料）推入空心旋转工具。当进料杆与下方的基材接触时，它开始涂抹并通过摩擦粘附在基材上，发生塑性变形但不会熔化。快速旋转的旋转工具具有加热材料的作用，使其具有足够的延展性（塑性变形）。当涂抹第一层完成后，只需将进料杆抬起并向下推以打印更多层，直到完成最终的3D打印部分。

该工艺与多种金属兼容，例如铝、钛、钢和镍基超合金。MELD的3D打印应用主要用于国防领域，包括零件涂层、部件修复、金属连接和定制金属基复合材料坯料等。

由于其固态特性，与传统的基于激光的3D打印相比，摩擦搅拌3D打印技术受益于较低的残余应力以及显着降低的能量需求。它还与不易受孔隙率、热裂和其他与基于熔体技术相关的问题影响的材料兼容。

此外，MELD的技术是单步工艺，因此用户不必担心繁琐的后处理工作流程，如烧结或热等静压 (HIP) 来提高零件质量。

△未来国防应用MELD 3D打印技术修复概念图。图片来自MELD Manufacturing

更大的尺寸和更快的速度
据MELD称，此技术能够以前所未有的规模生产大型金属零件。这主要是因为该技术不在受限于小型粉末床或真空系统条件内，它是一种不受操作环境或材料表面条件限制的开放式3D打印技术。MELD还声称，该技术可以比粉末床融合等工艺快十倍以上的速度沉积材料。Hardwick 最后补充道：“我们能够制造出比锻造工业更大的部件。能够制造出其他3D打印无法生产的合金件。最主要的是该技术可以让我们能够在露天生产，这是一项令人难以置信的可扩展技术。”

南极熊点评：目前3D打印技术发展迅速，摩擦搅拌3D打印技术只是近年来众多3D打印工艺中的一种。就在2月，BCN3D宣布了其新的粘性光刻制造 (VLM) 3D打印技术。该方法是一种多材料树脂打印新工艺，使用户能够同时使用两种高粘度树脂进行打印。