
3D打印的优势,它是个全新的材料成型技术,最大的特点就是一层层叠加材料,不像传统加工,得这儿切一刀、那儿削一块,耗时又耗材。碰到那种结构复杂、形状怪异,常规方法根本无从下手的零部件,3D 打印的优势就凸显出来了,轻轻松松就能搞定,制造周期大幅缩短,还能省下不少原材料。现在国家大力推行“中国制造 2025 计划”,往后啊,3D 打印在高端、智能的制造领域那可是不可或缺的大功臣。

金属注射成型的3D打印,用它打印出来的 316L 不锈钢样品,质量那是相当过硬。组织均匀,不管用啥打印参数,打出来的样品都是奥氏体组织,材料里的各种元素分布得特别均匀,不会这儿多那儿少,出现元素偏析的情况。而且力学性能也很棒,这里面还有个小规律,打印层高和性能表现是反着来的,层高越矮,性能越好。就拿 0.1mm 层高打印的样品来说,屈服强度能到 188Mpa,抗拉强度高达 501Mpa,伸长率更是厉害,达到 87%。为啥它伸长率这么惊人呢?原来是因为材料里有周期性的垂直孔隙,裂纹一出现,应力就能顺着孔隙释放出去,裂纹就不容易继续扩展了,材料自然就不容易断裂。做实验的时候还发现,只要保证使用性能没问题,咱们可以挑个合适的填充率,少用点材料,把性能和结构质量都拿捏得稳稳当当。

用金属注射成型3D打印技术做零部件,效率贼高,不管零部件的几何形态有多复杂,它都能快速搞定,以后的应用前景一片大好。不过呢,它也有点小麻烦。打印用的 Ultrafuse 316LX 金属 - 聚合物混合线材,横截面是圆形的,这就导致打印的时候,相邻的路径、相邻的层之间,总会有些地方填不满,出现孔隙缺陷。为了让孔隙小一点,咱们把打印层高降低了,结果新问题又冒出来了,材料边缘开始往外“溢出”。而且设备性能有限,层高也不能无限制地降,看起来像个无解的难题。但办法总比困难多,要是从线材截面形状这儿下手,把圆形改成矩形,很多填充不了的问题就能迎刃而解,这可是个很不错的改进方向。虽说打印出来的样件伸长率很亮眼,可抗拉强度跟微光斑低功率 SLM 技术加工的样品一比,还是差了点。根据 Hall - Patch 公式,晶粒越小,材料强度越高。要是碰上对强度要求高的应用场景,咱们可以在打印后,给样件来几次奥氏体化处理,或者用(α + γ)两相区退火这类后处理方法,让奥氏体晶粒变得超细化,强度指标自然就上去了。还有个小发现,对比用 0.4mm 和 0.6mm 打印喷嘴的样件,喷嘴直径越大,力学性能越低。那反过来想,换个更小尺寸的打印喷嘴,样件性能会不会更好呢?可惜受制于喷嘴定制的成本和加工周期,暂时没办法测试更小的喷嘴,但理论上来说,喷嘴越小,孔隙尺寸越小,还能降低打印层高,还不会出现材料“溢出”的情况,确实值得往后再深入研究、尝试一下。