MELD與VIRGINIA TECH合作開發(fā)摩擦攪拌3D打印技術(shù)，未來主要用于國防軍工

2022年3月7日美國一家3D打印開發(fā)商MELD Manufacturing與VIRGINIA TECH（弗吉尼亞理工學(xué)院）合作將共同研發(fā)新的摩擦攪拌增材制造技術(shù)（FSAM）。

FSAM簡介
FSAM最早由美國提出，并在美國掀起研究熱潮，F(xiàn)SAM可分為兩大類，即：損耗型攪拌針的FSAM和非損耗型攪拌針，又根據(jù)制造過程的工業(yè)特點(diǎn)分為3種典型模式，即：損耗沉積模式、以板材為進(jìn)料模式及粉末進(jìn)料模式，這些不同模式為摩擦攪拌增材制造的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

隨著金屬3D打印工藝的發(fā)展，MELD在制造基于該工藝的3D打印機(jī)的同時繼續(xù)開發(fā)新的技術(shù)。現(xiàn)在，VIRGINIA TECH大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室的 Yu 研究小組已經(jīng)開始以學(xué)術(shù)身份帶頭研究該技術(shù)。

△摩擦攪拌3D打印技術(shù)示意圖。圖片來自MELD Manufacturing

南極熊獲悉據(jù)VIRGINIA TECH稱，研究小組科研興趣包括溫度、材料流動和變形等工藝基礎(chǔ)、動態(tài)相和微觀結(jié)構(gòu)演化，以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計和制造。該團(tuán)隊還希望利用磁性材料、金屬玻璃和形狀記憶材料開發(fā)新的應(yīng)用。

MELD的首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Nanci Hardwick解釋說：“我們與材料科學(xué)部始終保持著密切的合作。他們對我們非常重要，因?yàn)樗麄儞碛邢嚓P(guān)的專業(yè)知識，一臺由我們供給的機(jī)器，還有世界一流的表征儀器設(shè)備。這項FSAM研究屬于全新的技術(shù)，我們的研究需要分析打印材料的大量信息，而VIRGINIA TECH正好可以幫助我們獲取這些信息?！?br />
MELD的摩擦攪拌3D打印技術(shù)
MELD宣傳他們的摩擦攪拌沉積工藝擁有十多項專利技術(shù)，與其他傾向于熔化打印材料的金屬3D打印技術(shù)不同，該技術(shù)是一種固態(tài)過程，發(fā)生在低于熔化溫度的溫度下。

△獲得專利的MELD固態(tài)工藝。圖片來自MELD Manufacturing

該技術(shù)將實(shí)心進(jìn)料桿（打印材料）推入空心旋轉(zhuǎn)工具。當(dāng)進(jìn)料桿與下方的基材接觸時，它開始涂抹并通過摩擦粘附在基材上，發(fā)生塑性變形但不會熔化。快速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工具具有加熱材料的作用，使其具有足夠的延展性（塑性變形）。當(dāng)涂抹第一層完成后，只需將進(jìn)料桿抬起并向下推以打印更多層，直到完成最終的3D打印部分。

該工藝與多種金屬兼容，例如鋁、鈦、鋼和鎳基超合金。MELD的3D打印應(yīng)用主要用于國防領(lǐng)域，包括零件涂層、部件修復(fù)、金屬連接和定制金屬基復(fù)合材料坯料等。

由于其固態(tài)特性，與傳統(tǒng)的基于激光的3D打印相比，摩擦攪拌3D打印技術(shù)受益于較低的殘余應(yīng)力以及顯著降低的能量需求。它還與不易受孔隙率、熱裂和其他與基于熔體技術(shù)相關(guān)的問題影響的材料兼容。

此外，MELD的技術(shù)是單步工藝，因此用戶不必?fù)?dān)心繁瑣的后處理工作流程，如燒結(jié)或熱等靜壓 (HIP) 來提高零件質(zhì)量。

△未來國防應(yīng)用MELD 3D打印技術(shù)修復(fù)概念圖。圖片來自MELD Manufacturing

更大的尺寸和更快的速度
據(jù)MELD稱，此技術(shù)能夠以前所未有的規(guī)模生產(chǎn)大型金屬零件。這主要是因?yàn)樵摷夹g(shù)不在受限于小型粉末床或真空系統(tǒng)條件內(nèi)，它是一種不受操作環(huán)境或材料表面條件限制的開放式3D打印技術(shù)。MELD還聲稱，該技術(shù)可以比粉末床融合等工藝快十倍以上的速度沉積材料。Hardwick 最后補(bǔ)充道：“我們能夠制造出比鍛造工業(yè)更大的部件。能夠制造出其他3D打印無法生產(chǎn)的合金件。最主要的是該技術(shù)可以讓我們能夠在露天生產(chǎn)，這是一項令人難以置信的可擴(kuò)展技術(shù)?！?br />
南極熊點(diǎn)評：目前3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，摩擦攪拌3D打印技術(shù)只是近年來眾多3D打印工藝中的一種。就在2月，BCN3D宣布了其新的粘性光刻制造 (VLM) 3D打印技術(shù)。該方法是一種多材料樹脂打印新工藝，使用戶能夠同時使用兩種高粘度樹脂進(jìn)行打印。