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多材料3D打印在航空航天国防领域的发展趋势

时间:2017-11-09 21:57 来源:未知 作者:中国3D打印机网 阅读:

     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。



图片:3D打印的铝与碳纤维复合材料

多材料打印冶金、工艺、软件齐发力

     虽然多种材料的3D打印还处在起步阶段,但这个领域充满了可能性。因为多材料的应用可以使工程师有更多的自由度实现设计要求,在空军研究实验室里,研究人员就在专注于多材料3D打印的研究,这种一次性完成的零件突破了传统的加工方式的束缚,传统加工方式需要将一个一个不同材料的零件制造出来,然后再通过焊接或组装的方式结合在一起。

     不仅仅是空军研究实验室,宾夕法尼亚州立大学的创新材料加工中心也在通过直接数字沉积工艺(CIMP-3D)来将不同的金属材料熔合成一个单一的零件。根据宾夕法尼亚州立大学的应用研究实验室的负责任Rich Martukanitz,研究室在为美国海军提供耐腐蚀的材料研究,通过3D打印,可以只在腐蚀或磨损性要求高的部位添加镍基材料。

当然有些金属并不容易被混合加工在一起,包括铝和钛。


图片:3D打印的铝制零件

     工程师更倾向于使用铝材料,因为密度低,但是在一些特别需要低重量和高强度结合的地方,还是需要使用钛材料。所以,如果将钛和铝两种材料通过3D打印制成一个零件,在需要高强度的部位增加钛的使用,这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。

根据波音防务的Leo Christodoulou,虽然3D打印技术在不断的变化和发展,昨天的加工工艺与今天加工工艺有所不同。但是在过去的几年里,这些工艺还是具有一定的稳定性,所以基于加工工艺的材料研究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。

block REVIEW
     多材料打印在军事领域的应用日益彰显出来,材料将是围绕着3D打印的一个最热门的话题。尤其是现在的3D打印技术还仅仅局限于不同打印材料的单一打印,或由不同的材料进行的混合打印。未来3D打印将可以任意地制造新的材料,只需你对材料的特性进行更好地定义,这将是一个巨大的突破。3D科学谷延伸阅读:多材料打印技术,美国陆军的研发进行时

    2016年,总部位于波士顿的NVBots还宣布桌面机多材料高速金属打印机NVLabs的研发成功。NVBots称NVLabs多金属3D打印技术可将不锈钢、钛、镍、铜、镍、铝、锆、银和钯混合打印,其速度是目前SLS金属3D打印机速度的10倍。多种金属打印的好处是开辟了全新的设计方法,尤其是在导热性能的设计方面,可以通过不同导热率的金属的搭配来增强导热性能。NVBots称其技术应用与美国宇航局NASA的辐射沉积3D打印多金属材料技术的市场价值类似。

    不仅仅是硬件领域,如何定义零件在不同的部位用什么样的材料,不同的零件之间如何连接,材料的定义如何与要实现的功能结合起来,这是多材料打印的难题。而麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)于2016年就在多材料打印领域取得了巨大进步,他们开发了名为Foundry的面向多材料设计的软件,使得多材料3D打印更容易、更精确的。3D科学谷延伸阅读:麻省理工Foundry软件让材料设计更容易

   而哈佛大学也在软件领域为多材料的3D打印提供了可行性,哈佛大学的研究人员能够量化材料弯曲的各种不同的方式,并计算这样的运动会如何影响像刚度这样的特性。他们现在可以使用他们的数字框架快速循环几百万种不同的图案,让电脑通过理想的属性设置给定一个恰当的设计。一旦一个给定的设计被选中,科学家们能够使用多材料3D打印机以及激光切割纸板、双面胶带等材料组合来创造超材料的原型。

(责任编辑:中国3D打印机网)