科學(xué)家利用電化學(xué)技術(shù)對3D打印的金屬物品進行精細塑形

來源：cnBeta.COM

薩爾大學(xué)（Saarland University）的研究人員開發(fā)了一種非接觸式方法，可以將3D打印的金屬零件轉(zhuǎn)換成用于專業(yè)應(yīng)用的高精度技術(shù)零件。這項新技術(shù)利用電化學(xué)加工（ECM）將增材制造的金屬部件后加工成具有復(fù)雜幾何形狀和幾千分之一毫米尺寸公差的精密零件。這種方法旨在改善在汽車和航空航天等行業(yè)中必須滿足極其嚴格的尺寸要求的應(yīng)用中3D打印金屬零件的實現(xiàn)。

薩爾大學(xué)（Saarland University）的DirkBähre教授解釋說：“我們的后加工增材制造金屬零件的技術(shù)提供了一種經(jīng)濟高效的方法，可以生產(chǎn)高精度功能性表面，用于要求嚴格公差的應(yīng)用，它使大量零件可以高效，經(jīng)濟地進行后處理?！?br />

薩克蘭大學(xué)的DirkBähre教授（左），與他的研究小組成員Stefan Wilhelm

滿足特殊應(yīng)用的尺寸要求
復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，例如為汽車，飛機或火箭提供動力的發(fā)動機，是由大量高度專業(yè)化的金屬部件制成的。通常，為了確保這些零件完美地裝配在一起并能夠承受極端的機械應(yīng)力，必須非常精確地制造它們中的每一個。 “公差可能在微米范圍內(nèi)，”Bähre教授解釋說，他與薩爾大學(xué)的研究團隊一起開發(fā)了新的后處理方法。

從引擎零件到解剖模型，金屬3D打印已經(jīng)成為制造具有復(fù)雜幾何形狀的組件的既定方法。然而，研究人員指出，經(jīng)常在許多專業(yè)應(yīng)用中逐層構(gòu)造零件的3D打印不能滿足極其嚴格的尺寸要求。并且在某些情況下，零件的幾何形狀可能過于復(fù)雜，無法通過常規(guī)金屬3D打印來生產(chǎn)。

因此，巴勒教授和他的團隊設(shè)定了精煉3D打印金屬零件的目標，以使它們的尺寸精確到幾千分之一毫米。研究小組是精密加工和精加工領(lǐng)域的專家，他們開發(fā)了新穎的技術(shù)，將金屬3D打印與ECM相結(jié)合，這是一種通過電化學(xué)工藝去除金屬的方法。通過電化學(xué)去除材料，即使是最復(fù)雜的幾何形狀也可以用最堅硬的金屬制成。 Bähre解釋說：“我們的非破壞性，非接觸式制造技術(shù)使我們能夠高效地加工具有復(fù)雜幾何形狀的零件，即使是由高強度材料制成的零件?！?br />

DirkBähre教授（右）與研究員Shiqi Fang（左）和他的研究小組的技術(shù)助理Stefan Wilhelm（中）

通過電化學(xué)加工對3D打印金屬進行后處理
Bähre教授的工藝是將3D打印的金屬零件浸入流動的電解液中，然后將其電化學(xué)加工成所需的幾何形狀，公差可達千分之幾毫米。研究人員解釋說，這可以在沒有任何機械接觸的情況下完成，并且不會對工件施加任何機械應(yīng)力。為此，工程師僅需要電源即可。高電流在工具（陰極）和導(dǎo)電工件（陽極）之間流動，在這種情況下，導(dǎo)電工件為3D打印金屬部件。然后將金屬零件浸入導(dǎo)電流體（電解質(zhì)）中，電化學(xué)加工過程會導(dǎo)致從工件表面去除微小的金屬顆粒。

工件表面上的金屬原子以帶正電的金屬離子的形式進入溶液，使工件可以非常精確地獲得所需的幾何形狀。 “通過調(diào)節(jié)電流脈沖的持續(xù)時間和工具的振動，我們可以非常均勻地去除表面材料，從而留下特別光滑的表面并實現(xiàn)高尺寸精度，”貝厄爾教授補充道。

研究人員嚴格檢查了所使用的不同金屬以及所涉及的各個工藝步驟，以便對這種方法有透徹的了解。 “通過認真檢查工藝技術(shù)和材料性能，我們可以改進和優(yōu)化電化學(xué)方法，從而以更高的精度獲得甚至更光滑的表面或更復(fù)雜的幾何形狀，”Bähre教授解釋說。

該團隊進行了許多實驗，其中他們首先3D打印金屬零件，然后確定如何優(yōu)化后續(xù)的電化學(xué)加工階段以產(chǎn)生所需的結(jié)果。 “我們詳細研究了不同的材料和工藝參數(shù)如何相互作用，然后確定如何配置整個生產(chǎn)工藝，”貝勒教授總結(jié)道。