我國金屬3D打印技術(shù)發(fā)展歷史!

金屬3D打印興起于歐美國家，我國自20世紀(jì)90年代中期開展金屬3D打印技術(shù)研究，研究的重點以能量沉積法（DED）和粉末床熔融法（PBF）為主。對于其他技術(shù)的研究相對較少。由于同期國外金屬3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸步入快速制造階段，我國金屬3D打印技術(shù)的研究基本沒有經(jīng)歷快速成形階段和直接成形高性能復(fù)雜金屬零件。

在我國最早進(jìn)行DED技術(shù)研究的單位是西北工業(yè)大學(xué)、北京航天大學(xué)等。1997年，西北工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了“金屬粉材激光立體成形的熔凝組織與性能研究”。是我國第一個正式立項科研項目。2006年西北工業(yè)大學(xué)銷售了我國第一臺DED-L商業(yè)化裝備。同年，北京航空制造研究所開展DED-E技術(shù)的研究工作，開發(fā)了我國首臺DED-E成形裝備。在此后的十余年內(nèi)，我國DED裝備和技術(shù)取得了長足的發(fā)展。2012年，北京航空航天大學(xué)DED-L方面的研究成果獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎。

金屬3D打印的兩大重要因素---設(shè)備、金屬材料

我國PBF技術(shù)的研究始于21世紀(jì)初。2004年，華中科技大學(xué)和華南理工大學(xué)幾乎同時開始SLM成形技術(shù)與裝備的研發(fā)工作。到2009年左右，兩家單位均已自主研制成功了專業(yè)化的SLM裝備。除SLM技術(shù)外，清華大學(xué)于2004年申請了SEBM技術(shù)方面的首個中國專利，并研制成功了SEBM試驗裝備。2006年，西北有色金屬研究院委托清華大學(xué)試制了SEBM型實驗裝置，開展鈦合金SEBM成形技術(shù)研究。2015年，西北有色金屬研究院控股的公司研制成功了我國第一臺商業(yè)化SEBM成形裝備，并于2017年聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)單位制定了我國金屬3D打印領(lǐng)域的第一個材料標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 34508-2017，粉床電子束增材制造TC4合金材料)。

裝備是金屬3D打印的關(guān)鍵要素。在過去的30多年，我國的金屬3D打印技術(shù)特別是裝備技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。2017年總裝機(jī)量已經(jīng)達(dá)到5700多臺。目前DED裝備已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)納米級金屬零件毛坯的直接制造；PBF裝備的成形效率雖然低1--2個數(shù)量級，最大成形尺寸小于1m，但成形件的復(fù)雜性不受限制。

材料是金屬3D打印的另一關(guān)鍵要素。目前，國內(nèi)外3D打印金屬材料的研究 主要是針對航空航天材料，如高性能鈦合金、高溫合金、超高強(qiáng)度鋼以及鋁合金。隨著3D打印技術(shù)向生物醫(yī)療、動力、能源等領(lǐng)域的推廣，鈷合金、銅合金、難熔合金、金屬間化合物、復(fù)合材料、梯度材料、非晶合金的3D打印也逐漸受到了重視。相對來說，目前最成熟的合金材料主要有Ti-6AL-4V合金、Inconel718合金、Inconel625、316L不銹鋼和Co-28Cr-6Mo合金，且已經(jīng)制定了相關(guān)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

近年來，雖然金屬3D打印創(chuàng)造出了很多成就，但是材料的影響很大程度上限制了金屬3D打印技術(shù)，根據(jù)研究表示，目前5000多種金屬合金中，只有十幾種材料可以3D打印成形，原料種類少、成本高、材料工藝和質(zhì)量控制技術(shù)不成熟、專用合金開發(fā)較滯后、成形制件檢測技術(shù)缺乏，都限制了金屬3D打印技術(shù)。