約翰霍普金斯大學部署了一臺ValCUN Minerva,這是該機器在美國高校的首次落地。
機器本身75×150cm的占地面積,230cm高,額定功耗2.5kW。
這臺機器用的技術(shù)叫熔融金屬沉積(MMD),原理和FDM打印一脈相承,只是把塑料絲換成了鋁焊絲。
鋁絲送入加熱腔,腔溫700-900°C,鋁熔化后從陶瓷噴嘴擠出,打印床溫度維持在400-600°C,液態(tài)鋁沿預設(shè)路徑落在已固化層上,迅速凝固,層層堆積成型。
難點在于鋁的表面張力低,熔融態(tài)流動性極強,要讓它沉積在對的地方而不是到處鋪開,需要精密的溫度場控制。
設(shè)備的做法是在噴嘴區(qū)域引入氬氣保護氣幕,同時承擔兩個功能:
隔絕氧化,以及輔助約束熔池熱場。
配合精確的床溫管理,鋁液在離開噴嘴后以可預測的方式凝固。
這套熱控方案實現(xiàn)了最高70°的懸臂無支撐打印,打出的斯坦福兔子有約5mm懸挑跨距,靠自身結(jié)構(gòu)撐住,無需任何支撐。
打印完成后,零件附著在鋁制平臺上,手推即可剝離。
整個工藝是單步流程,不需要脫粉、燒結(jié)、熱等靜壓,也不需要機加分離。
打印腔體為直徑125mm、高200mm的圓柱空間,目前支持AA4008、AA4043、6061、6082四種鋁合金牌號,原材料直接用市售鋁焊絲。
目前三塊研究
第一塊是微觀結(jié)構(gòu)表征。
MMD的熱歷史不同于LPBF的快速激冷,也不同于電弧增材的大熱輸入,具體產(chǎn)生怎樣的晶粒形態(tài)、相分布和殘余應力,需要系統(tǒng)測定。
第二塊是可控破壞結(jié)構(gòu)設(shè)計。
設(shè)計在特定位置引入應力集中,目的是控制裂紋萌生點和擴展路徑,研究者通過幾何設(shè)計讓零件按預定方式破壞。
第三塊是向含鎂合金的工藝擴展。
現(xiàn)階段的工藝窗口還局限在鋁合金,鎂合金打印參數(shù)開發(fā)是后續(xù)工作。
MMD在精度上不及LPBF,在尺寸上不及WAAM,打印腔體125mm的限制把大多數(shù)工業(yè)尺寸零件直接排除在外。
但鋁合金的激光工藝有固有難題,鋁對激光的反射率高,能量吸收效率低,高溫梯度下開裂傾向明顯,激光工藝能穩(wěn)定打的鋁合金基本集中在Al-Si體系,6系鋁很難直接打。
MMD的熔融擠出方式繞開了這個問題,對Al-Si系合金天然友好,原材料用焊絲而非金屬粉末,成本和安全門檻都低得多。
AM易道認為,這條技術(shù)路線現(xiàn)階段的核心價值在研究端。
125mm的腔體、較少的工藝參數(shù)庫、尚未找到規(guī)模驗證的核心應用場景,這三件事決定了它目前不是生產(chǎn)工具,而是一個適合用來摸清鋁合金增材工藝基本規(guī)律的研究平臺。
#金屬3D打印 #增材制造 #鋁合金打印
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