半固态金属成形技术将用于3D打印（图文教程）

    在当前的3D打印领域数量最多，更被如普通消费者所知的是那些各种各样是由塑料丝作为3D打印材料的FDM桌面型3D打印机。虽然这种机器很有趣，在产品原型和设计方面非常有用，但是在制造最终产品方面就显得力不从心了。目前这使用塑料材料的3D打印物体坚固性和精细程度都不够。 

    因此，那些专注于可使用最终产品的3D打印公司往往依赖于金属3D打印技术。不过，目前的金属3D打印技术也是有缺陷的，比较常见的一种金属3D打印技术是使用高能激光逐层烧结金属粉末来生成3D对象，这种技术被称为选择性激光烧结（SLS），能够打印出十分详细的对象，但也有自己固有的问题。

    这些颗粒状的金属材料，往往氧化物含量偏高，限制了金属固有的强度、耐久性。尤其是在进行烧结的时候还会出现缝隙，使得其微观结构没那么致密。美国马萨诸塞州Worcester 理工学院机械工程教授Dirian Apelian指出：

    这是一个非常糟糕的事情。这就像一个玻璃面板上的小针孔，如果很多地方都有孔的话玻璃就很容易断裂。这些需要高温才能熔化的合金粉末很难制造，而且有很多氧化物，这使得它的强度很有限，并且容易失败 。

   其它对于金属3D打印不利的因素是材料质量和可供选择的种类缺乏。只有少数的合金适合于SLS 3D打印，并且供应充足。正如专业从事金属3D打印的Viridis 3D公司的联合创始人James Bredt说：“这是一个小市场。 这些金属粉末的生产厂家往往是为各种不同行业供应粉末的大公司。大多数并不是专门用于这些激光烧结设备的。他们并没有针对激光烧结工艺生产高纯度的金属粉末。”

    这一现状激发了Apelian博士联同劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员以及Viridis 3D公司，共同发起了一个研究项目。

Dirian Apelian博士，研究小组负责人

    他们共同研究利用可挤出的半固体金属来代替激光烧结金属粉末。这些让人兴奋的新金属材料可以克服一切金属3D打印相关的问题，并可能会引起3D打印行业的革命。

    很有可能，这将导致更强、更坚固、更耐久的3D打印对象。并可用于医疗、汽车、航空航天等多种领域。此外，由于不需要高温加热，这种使用半固体金属材料的方法也大幅降低了所需的能源成本，从而降低了整体成本。

    然而，控制半固态金属并不像FDM技术挤出塑料线材那样简单。有很多问题需要解决：“怎么控制这些糊状的金属进行沉积并获得相当高的精度？如何控制其触变性？当施加一定的力后这些流体如何变化？如何确保它是以一个可控的方式流动？”

    Apelian表示，他们很可能还需要一年半的时间才能在测试环境中使用半固态金属。所以这一革命性的概念离真正进入实际应用还需要一段时间。

半固态金属成形技术

    半固态金属成形技术，就是金属在凝固过程中，进行剧烈搅拌，或控制固-液态温度区间，得到一种液态金属母液中均匀的悬浮着一定固相组分的固液混合浆料(固相组分甚至可高达60%)。这种半固态金属浆料具有流变特性，即半固态金属浆料具有很好的活动性，易于通过普通加工方法制成产品。采用这种既非完全液态，又非完全固态的金属浆料加工成形的方法，就称为半固态金属成形技术。

    半固态金属成形件表面平整光滑，铸件内部组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，晶粒细小，力学性能高，可接近或达到变形材料的性能。

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