金屬3D打印工藝、設(shè)備、材料、設(shè)計未來發(fā)展趨勢！

　　1、金屬增材制造行業(yè)技術(shù)未來發(fā)展趨勢

　　金屬增材制造技術(shù)的發(fā)展并不是孤立的，其涉及制造工藝、設(shè)備、材料、優(yōu)化設(shè)計等各個方面，總的來說，為獲得更為廣泛的應(yīng)用，金屬增材制造技術(shù)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。

　　（1）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(shù)、定向能量沉積技術(shù)、電弧增材制造技術(shù)等結(jié)合實際工程化應(yīng)用經(jīng)驗及材料、粉末、智能化控制軟件等的技術(shù)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(fù)合制造技術(shù)。增材制造與傳統(tǒng)的減材制造相融合，增材制造技術(shù)與機器人、數(shù)控機床、鑄鍛焊等多工藝技術(shù)相集成，從而提升增材制造技術(shù)的成型效率和精度，解決增材制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件難于進行后續(xù)機械加工的難題，特別是解決復(fù)雜內(nèi)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(shè)備或生產(chǎn)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(shù)。

　　粉末床選區(qū)熔化技術(shù)、定向能量沉積技術(shù)、電弧增材制造技術(shù)均是對金屬材料直接燒結(jié)型，而將有機粘結(jié)劑等其他材料與金屬粉末結(jié)合起來，再通過燒結(jié)等輔助工藝進行成形的金屬增材制造技術(shù)稱之為“間接金屬3D打印技術(shù)”。2018年9月，惠普公司推出了HPMetalJet（金屬噴射）3D打印技術(shù)，用于大批量生產(chǎn)金屬零件。HPmetalJet3D打印技術(shù)主要流程如下：使用噴嘴選擇性地將粘合劑按照設(shè)定的圖形噴射到打印層中，使金屬粉末粘結(jié)在一起，下降指定層厚度后，添加新的粉末層，并重復(fù)以上流程，直到創(chuàng)建完成整個零件；之后將零件放入燒結(jié)爐中進行高溫燒結(jié)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(jié)是打印完成之后在燒結(jié)爐中完成。美國DesktopMetal公司推出的單程噴射金屬3D打印技術(shù)，原理也基本類似。這種方法主要面向?qū)Τ杀据^為敏感但對零件性能要求較低的領(lǐng)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(shù)問題是燒結(jié)過程非均勻收縮導(dǎo)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。

　?。?）金屬增材制造設(shè)備方面

　　金屬增材制造設(shè)備是實現(xiàn)各種金屬增材制造技術(shù)的重要載體，增材制造設(shè)備的發(fā)展在整個增材制造技術(shù)體系中占據(jù)非常重要的位置。總體來看，除了持續(xù)提升設(shè)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(jīng)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(shè)備相比，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同需求偏好，增材制造設(shè)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(shù)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(chǎn)業(yè)化規(guī)模的擴大，市場上金屬粉末材料種類偏少、品質(zhì)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(lǐng)域。另外，單一材料也在向復(fù)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(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

　?。?）優(yōu)化設(shè)計方面

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