《Advanced Science》：熔融金屬3D打印筆技術(shù)

2023年3月，南極熊獲悉，由韓國(guó)材料科學(xué)研究所 (KIMS) 連接技術(shù)系的 Sang-woo Song 博士、Chan-kyu Kim 博士和 Kang-myung Seo 博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種控制體積的基礎(chǔ)制造技術(shù)，控制熔融金屬體積的新型3D打印技術(shù)。他們的研究已經(jīng)發(fā)表在《Advanced Science》上，題目為《High-Throughput Metal 3D Printing Pen Enabled by a Continuous Molten Droplet Transfer》（《連續(xù)熔滴轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的高通量金屬 3D 打印筆》）



他們通過(guò)與國(guó)立昌原大學(xué)機(jī)械工程系 Young-tae Cho 教授、Seok Kim 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)以及釜山機(jī)械研究中心的 Dae-won Cho 博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)合作研究成功研發(fā)出一種金屬3D打印筆技術(shù)，可以在三維空間中自由地連續(xù)打印金屬。

研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的金屬3D打印筆技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于:
●可以在3D空間中沿著焊槍運(yùn)動(dòng)的方向自由、連續(xù)地自由打印金屬。
●與使用激光的傳統(tǒng)金屬3D打印相比，設(shè)備建造成本低。
●可以使用市售的焊接材料快速進(jìn)行增材制造，使其更加經(jīng)濟(jì)。



研究?jī)?nèi)容
使用焊接技術(shù)的金屬增材制造在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面存在局限性，因?yàn)樗且淮螛?gòu)建一層的有限過(guò)程。后續(xù)層需要在完全凝固后層壓，防止熔融金屬流下。缺點(diǎn)是冷卻時(shí)間較長(zhǎng)。為了解決這些問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)分析，根據(jù)對(duì)流計(jì)算并精確控制熔融金屬的表面張力和凝固體積。

此外，他們開發(fā)了一種可以在各種位置下進(jìn)行金屬增材制造的技術(shù)，包括水平、垂直、傾斜和頂部位置。通過(guò)在金屬完全凝固之前在液相中連續(xù)層壓，縮短了制造時(shí)間，層與層之間沒(méi)有邊界，形成致密的微觀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的機(jī)械性能。


△3D打印機(jī)制的概念圖。

截至2021年，國(guó)內(nèi)外3D打印機(jī)市場(chǎng)規(guī)模分別為821億韓元和21億美元，年均增長(zhǎng)率為10.5%和20%。這項(xiàng)研究成果有望通過(guò)在金屬增材制造領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和使用它制造高附加值的機(jī)器和零件來(lái) 為制造業(yè)注入活力。負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的 KIMS 首席研究員 Sang-woo Song指出，將 3D 自由形式增材制造添加到連續(xù)增材制造工藝中，這在現(xiàn)有的金屬增材制造工藝中被認(rèn)為是不可能的，就像現(xiàn)有的使用聚合物的 3D打印技術(shù)一樣，現(xiàn)在可以使用現(xiàn)有的金屬焊接材料輕松制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

原文連接： https://doi.org/10.1002/advs.202370030