金屬3D打印工藝、設備、材料、設計未來發(fā)展趨勢！

　　1、金屬增材制造行業(yè)技術未來發(fā)展趨勢

　　金屬增材制造技術的發(fā)展并不是孤立的，其涉及制造工藝、設備、材料、優(yōu)化設計等各個方面，總的來說，為獲得更為廣泛的應用，金屬增材制造技術都在努力向兼顧高性能、高精度、高效率、低成本、更大的加工尺寸范圍和更廣泛的材料適用性方向發(fā)展，其目的都是為了向直接制造最終功能零件發(fā)展。

　?。?）制造工藝方面

　　當前，金屬增材制造工藝的發(fā)展，除了對現(xiàn)有較為成熟的粉末床選區(qū)熔化技術、定向能量沉積技術、電弧增材制造技術等結合實際工程化應用經驗及材料、粉末、智能化控制軟件等的技術發(fā)展克服缺陷提升優(yōu)勢外，金屬增材制造工藝主要在以下方面進行拓展：

　　1）增減材復合制造技術。增材制造與傳統(tǒng)的減材制造相融合，增材制造技術與機器人、數(shù)控機床、鑄鍛焊等多工藝技術相集成，從而提升增材制造技術的成型效率和精度，解決增材制造的復雜結構件難于進行后續(xù)機械加工的難題，特別是解決復雜內腔達不到非加工面要求的難題，助力企業(yè)實現(xiàn)柔性制造，賦予現(xiàn)有設備或生產線高柔性與高效率。

　　2）發(fā)展基于新工藝理論的全新的金屬增材制造技術。

　　粉末床選區(qū)熔化技術、定向能量沉積技術、電弧增材制造技術均是對金屬材料直接燒結型，而將有機粘結劑等其他材料與金屬粉末結合起來，再通過燒結等輔助工藝進行成形的金屬增材制造技術稱之為“間接金屬3D打印技術”。2018年9月，惠普公司推出了HPMetalJet（金屬噴射）3D打印技術，用于大批量生產金屬零件。HPmetalJet3D打印技術主要流程如下：使用噴嘴選擇性地將粘合劑按照設定的圖形噴射到打印層中，使金屬粉末粘結在一起，下降指定層厚度后，添加新的粉末層，并重復以上流程，直到創(chuàng)建完成整個零件；之后將零件放入燒結爐中進行高溫燒結的致密化處理，使金屬顆粒熔融在一起，同時去除噴灑的粘合劑。在打印過程中沒有金屬粉末熔化、凝固的步驟，金屬粉末材料的燒結是打印完成之后在燒結爐中完成。美國DesktopMetal公司推出的單程噴射金屬3D打印技術，原理也基本類似。這種方法主要面向對成本較為敏感但對零件性能要求較低的領域，有望開辟大尺寸、高效率、低成本金屬3D打印新方向，需要解決的主要技術問題是燒結過程非均勻收縮導致的零件變形，同時由于成形零件致密度及純凈度等問題，尚無法滿足航空航天等高性能零部件的打印。

　　（2）金屬增材制造設備方面

　　金屬增材制造設備是實現(xiàn)各種金屬增材制造技術的重要載體，增材制造設備的發(fā)展在整個增材制造技術體系中占據(jù)非常重要的位置?？傮w來看，除了持續(xù)提升設備效率、打印精度和穩(wěn)定性外，金屬增材制造裝備的主要發(fā)展方向為：

　　1）大型化。增材制造裝備成型尺寸已經步入“米”級時代，增材制造裝備大型化已成為發(fā)展趨勢。

　　2）專業(yè)化。與大尺寸設備相比，針對不同應用領域的不同需求偏好，增材制造設備向更加專業(yè)化和精細化方向發(fā)展。

　　3）智能化。智能傳感器、數(shù)字總線技術等智能部件融入增材制造裝備，增材制造裝備將更加智能化。

　?。?）金屬增材制造原材料方面

　　隨著金屬3D打印產業(yè)化規(guī)模的擴大，市場上金屬粉末材料種類偏少、品質偏低、專用化程度不高、供給不足的弊端也日益顯現(xiàn)，因此金屬3D打印專用材料的開發(fā)在未來的很長一段時間里將是重要的研究領域。另外，單一材料也在向復合材料發(fā)展，不僅賦予了材料多功能性特點，而且拓寬了增材制造技術的應用領域。

　?。?）優(yōu)化設計方面

　　增材制造技術正在加速發(fā)展成為一種強大的生產技術。但是，在工業(yè)制造中應用該技術的主要障礙是目前絕大多數(shù)工業(yè)設計師對增材制造技術缺乏了解，產品設計思維被傳統(tǒng)的等材或減材制造技術所束縛。因此，增材制造與優(yōu)化設計的互動研究將進一步加強，拓撲優(yōu)化設計、點陣結構設計、一體化結構設計等輕量化設計將更多的用于金屬增材制造設計領域，同時結合軟件技術發(fā)展，仿真技術將驅動設計的優(yōu)化及實現(xiàn)打印前的質量控制。