薩爾蘭大學(xué)開發(fā)非接觸式方法，精確成型3D打印金屬部件

來源：蓋世汽車

據(jù)了解，德國薩爾蘭大學(xué)（Saarland University）的DirkB hre教授及其研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種非接觸式方法，可以將3D打印機(jī)制造的金屬部件轉(zhuǎn)換成高精度技術(shù)部件，以供具體應(yīng)用。通過這種新方法，可以加工由堅(jiān)固的輕質(zhì)金屬制成的部件，生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的精密成品組件，并且可以達(dá)到千分之幾毫米的尺寸公差。在加工過程中，技術(shù)團(tuán)隊(duì)將金屬3D打印和電化學(xué)加工（ECM）結(jié)合起來。

為汽車、飛機(jī)或火箭提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)等復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，均由大量高度專業(yè)化的金屬部件構(gòu)成。為了讓這些部件能夠完美配搭，并承受極端的機(jī)械壓力，必須精確地制造每一個(gè)部件。薩爾蘭大學(xué)Dirk Bahre教授表示：“公差可以降低至微米范圍內(nèi)?！彪m然金屬3D打印技術(shù)越來越成熟，可用于制造具有復(fù)雜幾何形狀的部件，但是，對(duì)于某些尺寸要求極其嚴(yán)格的部件來說，這類一層一層構(gòu)建部件的疊加工藝，仍然不夠精確。在某些情況下，零件的幾何形狀過于復(fù)雜，無法使用傳統(tǒng)的金屬3D打印技術(shù)制造。

Dirk Bahre及其研究團(tuán)隊(duì)設(shè)定的目標(biāo)是，改良用3D打印機(jī)制造的工件，使其尺寸精確至千分之幾毫米。Bähre表示：“我們的后期加工添加制造金屬部件的技術(shù)，提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，可以生產(chǎn)高精度功能表面，適用于公差要求非常嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合。利用這種技術(shù)，可以對(duì)大量部件進(jìn)行高效經(jīng)濟(jì)的后期處理?！盉ähre及其在薩爾蘭大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，都是精密加工和精加工領(lǐng)域的專家。他們開發(fā)了將金屬3D打印和電化學(xué)加工結(jié)合起來的新技術(shù)。

通過電化學(xué)去除材料，即使是采用最堅(jiān)硬的金屬，也可以使其形成非常復(fù)雜的幾何形狀。Bahre解釋道：“通過我們的非破壞性、非接觸式制造技術(shù)，即使是采用高強(qiáng)度材料，也可以快速高效地加工具有復(fù)雜幾何形狀的部件?！苯菰诹鲃?dòng)的電解質(zhì)溶液中的工件，可以用電化學(xué)方法加工出所需的幾何形狀，加工公差為千分之幾毫米，而且不需要任何機(jī)械接觸，也不需要給工件施加任何機(jī)械應(yīng)力。工程師們所需要的只是一個(gè)電源。在工具（正極）和3D打印過程中產(chǎn)生的導(dǎo)電工件（負(fù)極）之間存在高電流流動(dòng)。

工件浸泡在導(dǎo)電液體（電解液）中，其實(shí)這只是一種含水的鹽溶液。通過電化學(xué)加工過程，可從工件表面去除微小的金屬顆粒。工件表面的金屬原子，作為帶正電荷的金屬離子進(jìn)入溶液，使工件能夠非常精確地達(dá)到所需的幾何形狀。Bahre稱：“通過調(diào)整當(dāng)前脈沖的持續(xù)時(shí)間和工具振動(dòng)，我們可以非常均勻地去除表面材料，留下特別光滑的表面，并實(shí)現(xiàn)高維精度。”

研究人員不僅嚴(yán)格檢測(cè)所使用的金屬，如鋁、鈦或鋼合金，而且嚴(yán)格檢測(cè)具體的工藝步驟。Dirk Bahre稱：“想要優(yōu)化后期加工，需要透徹地了解材料和工藝。例如，我們需要知道在3D打印的前一個(gè)階段，金屬到底發(fā)生了什么。因此，我們要仔細(xì)研究在3D打印過程中生成金屬的微觀結(jié)構(gòu)。通過詳細(xì)檢測(cè)工藝技術(shù)和材料性能，我們可以改進(jìn)和優(yōu)化電化學(xué)方法，以獲得更光滑的表面或更復(fù)雜的幾何形狀，并達(dá)到更高的精度水平。”

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，首先利用3D打印技術(shù)制造金屬部件，然后確定如何優(yōu)化后續(xù)的電化學(xué)加工階段，以獲得所需的結(jié)果。Bahre表示：“我們?cè)敿?xì)研究不同的材料和加工參數(shù)是如何相互作用的，然后決定如何配置整個(gè)生產(chǎn)過程。” 例如，在某些情況下，加工步驟的執(zhí)行順序很關(guān)鍵。研究人員對(duì)所有影響參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，并進(jìn)行高精度測(cè)量和詳細(xì)的分析。因此，工程師們可以采用很多種方法，對(duì)制造過程和定制加工參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，以滿足應(yīng)用要求。

在這些研究項(xiàng)目中，Dirk Bahre及其研究團(tuán)隊(duì)，與商界和工業(yè)界伙伴密切合作。其中一些項(xiàng)目得到歐洲區(qū)域發(fā)展基金會(huì)資助。

很像電火花加工? 豈不是還需要電極?