曼彻斯特大学的科学家发现，熔融金属沉积过程中微小的温度变化会显著改变 3D 打印铝制零件的质量，该研究发表在《材料与设计》杂志上。
这项研究聚焦于熔融金属沉积（MMD）工艺，该工艺将预熔化的铝沉积在材料表面，而不是像传统3D打印那样在打印过程中熔化铝。与许多成熟的金属3D打印技术相比，这种方法降低了热循环的强度。传统的金属3D打印技术通常涉及极快的加热和冷却过程，这可能会导致残余应力和变形。研究团队使用4043铝合金（一种在制造业和工程领域常见的材料）对该工艺进行了测试。
图片来源：曼彻斯特大学
较高的喷嘴和基材温度会减缓冷却速度，导致晶粒尺寸增大，孔隙率增加——这些微小的内部空隙会削弱部件的强度。较低的加工温度则相反，能够促进更快的冷却，形成更细小的晶粒，并减少缺陷。研究还发现，随着打印层逐层叠加，缺陷水平和晶粒尺寸通常会降低，这表明随着打印的进行，热条件会发生变化，并影响材料的固化方式。
“如果增材制造技术要在要求苛刻的工业应用中得到更广泛的应用，那么了解加工条件如何影响打印部件的内部结构至关重要。我们的研究表明，制造温度的相对较小的调整就会对缺陷的形成和微观结构的发展产生重大影响，”曼彻斯特大学材料系的范武博士和瓦吉拉·米里哈纳格博士（论文共同作者）说道。
尽管观察到了缺陷，但打印部件的硬度和弹性模量值均在铝合金 4043 的预期范围内，与通过传统制造方法制造的部件相当。
吴博士和米里哈纳格博士指出，MMD技术仍相对较新，目前对其加工条件如何影响成品材料的理解仍然有限。他们表示，通过建立参数、微观结构和缺陷形成之间的联系，这项研究为优化未来的制造策略奠定了基础。MMD技术本身由总部位于比利时的ValCUN BV公司开发，该公司专注于可部署且价格合理的金属增材制造。
来源：manchester.ac.uk
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