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西北大學團隊開發金屬添加劑制造的創新方法

據報道,美國伊利諾斯州西北大學的工程師團隊創造了一種使用鐵銹和金屬粉末打印三維金屬物體的新方法。據說這種新的快速方法可以擴展可以加成制造的金屬,合金和結構的類型。

雖然目前的方法依賴于大量金屬粉末床和昂貴的激光器或電子束,但西北大學的新技術使用液體墨水和普通熔爐,從而實現更便宜,更快速和更均勻的工藝。西北大學的研究小組還證明,這種新方法適用于各種金屬,金屬混合物,合金,金屬氧化物和化合物。

“這是令人興奮的,因為用于金屬印刷的大多數先進制造方法都受到限制,只要可以印刷哪些金屬和合金以及可以創造什么類型的建筑,”McCormick材料科學與工程助理教授Ramille Shah說。費恩伯格醫學院的工程和外科學院領導了這項研究。“我們的方法極大地擴展了我們能夠打印的架構和金屬,這為許多不同的應用打開了大門。”

該新方法涉及由金屬或混合金屬粉末,溶劑和彈性體粘合劑制成的液體油墨,然后使用簡單的注射器擠出工藝快速印刷致密堆積的粉末結構,其中油墨在室溫下通過噴嘴分配。

盡管從液體墨水開始,擠出的材料瞬間固化并與先前擠出的材料熔合,使得能夠快速地產生并立即處理非常大的物體。然后將該部件燒結,使粉末熔化在一起而不熔化。

“通過解開印刷和燒結,看起來我們的工藝很復雜,”James Dun.,Margie M. Krebs材料科學與工程教授表示。“但事實上,它解放了我們,因為每一步都比組合方法更容易分開。”

該研究在發表在Advanced Functional Materials期刊上的論文中有所描述。Adam Jakus是Shah實驗室的博士后研究員,得到了國防部獎學金的支持,Shannon L. Taylor是由Shah和Dunand共同建議的研究生,由國家科學基金會的研究生獎學金提供支持。第一作者。本科生Nicholas R. Geisendorfer也合著了這篇論文。

該團隊想象許多學科可以從定制的快速印刷金屬中受益。該新方法可用于印刷電池,固體氧化物燃料電池,醫療植入物和用于較大結構的機械部件,例如火箭和飛機。

研究人員的3-D墨水和處理打開了大門,用于更復雜和統一的體系結構,這些體系結構更快,更容易擴展。在印刷物體之后,但在其被燒結之前,由于含有未粘合金屬粉末的彈性聚合物粘合劑,它是柔性的。“我們使用了一種常用于臨床產品的生物醫學聚合物,如縫合線,”Shah解釋道。“當我們將它用作粘合劑時,它使得生坯非常堅固,盡管它們仍含有大部分粉末,粘合劑很少。它們是可折疊的,可彎曲的,并且可以是數百層厚而不會破碎。其他粘合劑不會將這些屬性賦予生成的3D打印對象。我們可以在被解雇之前被操縱。

Shah和Dunand的方法可以同時使用許多擠出噴嘴。他們的方法可能會打印幾米寬的整張紙,并可折疊成大型結構。唯一的限制是爐子的大小。

他們工藝的另一個創新組成部分是它可以用來印刷金屬氧化物,例如氧化鐵(鐵銹),然后可以將其還原成金屬。與純鐵粉相比,銹粉更輕,更穩定,更便宜,更安全。Shah和Dunand的團隊發現,他們可以首先使用生銹和其他金屬氧化物的3D打印結構,然后使用氫氣將生坯轉化為相應的金屬,然后在爐中燒結。

“看起來我們通過添加第三個還原步驟來使事情變得復雜化,我們將生銹轉化為鐵,”Dunand補充道。“但這開辟了使用非常便宜的氧化物粉末而不是相應的昂貴金屬粉末的可能性。很難找到比生銹便宜的東西。“

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