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向商业化迈进一步,贺利氏开发非晶态金属3D打印齿轮

时间:2019-04-13 16:52 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃

     非晶态金属(金属玻璃)又称非晶态合金, 它既有金属和玻璃的优点, 又克服了它们各自的弊病.如玻璃易碎, 没有延展性.金属玻璃的强度高于钢, 硬度超过高硬工具钢, 且具有一定的韧性和刚性, 所以, 人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。

     非晶态金属集众多优异性能于一身,如高强度、高硬度、耐磨以及耐腐蚀 等。这些优异的性能使其在航空航天、汽车船舶、装甲防护、精密仪器、电力、 能源、电子、生物医学等领域都存在广泛的应用前景。

然而,非晶态金属的制造是充满挑战的过程,特别是通常需要高于其熔化温度,并迅速冷却,使其避免结晶,从而形成的非晶态金属玻璃。制造过程需要非凡的冷却速度,并限制了它们可以形成的厚度,因为较厚的部分很难被迅速冷却。

       4月初,金属材料制造商贺利氏(Heraeus )发布了他们通过SLM (选区激光熔化)3D打印技术制造的非晶态金属齿轮。贺利氏表示这是迄今为止全球最大的非晶态金属部件,他们正在突破非晶态金属的制造界限,为制造业开辟非晶态金属的全新设计可能性。

非晶金属的全新设计可能性

block 非晶金属的全新设计可能性

根据贺利氏,这一3D打印非晶态金属齿轮采用紧凑型设计,重量为2千克。由于这种材料所需的高冷却速率超过1000开尔文/秒,以前只能由非晶态金属生产小型部件。
3D打印非晶态金属齿轮及粉末材料
 图:3D打印非晶态金属齿轮及粉末材料,来源:Heraeus

       贺利氏开发的3D打印非晶态金属齿轮采用拓扑优化结构,与传统制造工艺相比,齿轮重量能够减轻50%。贺利氏通过SLM 3D打印技术,在非晶态金属齿轮的尺寸和设计复杂性方面重新定义了传统技术的限制,改变了这类材料的设计可能性。

完成打印的非晶态金属齿轮
图:完成打印的非晶态金属齿轮,来源:Heraeus

     采用贺利氏的特殊非晶态金属3D打印材料和SLM 3D打印设备,能够进行非晶态金属粉末的高精度逐层生产。该工艺将减少材料使用,制造拓扑优化的复杂减轻化结构,并通过优化设计、减少材料使用的方式降低非晶态金属整体制造成本。

block Review

        非晶态金属在高科技领域有着非常广泛的用途。它们拥有能量吸收、防刮擦能力,同时还有很好的弹簧属性。非晶态金属的这些特性使它们可以用做注射喷嘴的隔板、消费类电子产品的外壳 ,或作为扬声器的半球形高音喇叭。但是受到制造技术的局限,在过去的50年里非晶态经书的商业应用也受到了限制。贺利氏集团与瑞典Exmet公司合作研发非晶态金属3D打印技术,有望改变该材料的应用现状,而贺利氏开发出的非晶态金属3D打印齿轮,意味着非晶态金属3D打印部件制造朝着商业化更进了一步。

       与贺利氏合作研发非晶态金属3D打印技术的Exmet公司,是一家致力于非晶态金属3D打印的初创企业,该公司在2017年与德国工业级3D打印机制造商EOS所属的风投公司AM Ventures签订了投资协议。Exmet与工业级金属3D打印设备企业以及金属材料制造商的合作,无疑将进一步推进非晶态金属3D打印技术的研发和商业化。

      我国科研院所也在开展对于非晶态金属3D打印技术的研究,例如大连交通大学研究非晶态金属的制造已久,他们通过采用熔体喷铸的方法制备了板状非晶合金Zr55Al10Ni5Cu3。大连理工大学通过真空操作环境中主要利用将工作台外侧设置冷却液工作池,保证所制备的金属构件始终处于较低温度,提高金属构件熔池附近的温度梯度,从而快速高效地扩散掉金属构件熔池附近热量,进而避免晶化的发生。

(责任编辑:中国3D打印网)

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