萨尔兰大学开发非接触式方法 精确成型3D打印金属部件

(图片来源:Saarland官网)

盖世汽车讯 据外媒报道,德国萨尔兰大学(Saarland University)的DirkB hre教授及其研究团队,开发了一种非接触式方法,可以将3D打印机制造的金属部件转换成高精度技术部件,以供具体应用。通过这种新方法,可以加工由坚固的轻质金属制成的部件,生产具有复杂几何形状的精密成品组件,并且可以达到千分之几毫米的尺寸公差。在加工过程中,技术团队将金属3D打印和电化学加工(ECM)结合起来。

为汽车、飞机或火箭提供动力的发动机等复杂的技术系统,均由大量高度专业化的金属部件构成。为了让这些部件能够完美配搭,并承受极端的机械压力,必须精确地制造每一个部件。萨尔兰大学Dirk Bahre教授表示:“公差可以降低至微米范围内。”虽然金属3D打印技术越来越成熟,可用于制造具有复杂几何形状的部件,但是,对于某些尺寸要求极其严格的部件来说,这类一层一层构建部件的叠加工艺,仍然不够精确。在某些情况下,零件的几何形状过于复杂,无法使用传统的金属3D打印技术制造。

Dirk Bahre及其研究团队设定的目标是,改良用3D打印机制造的工件,使其尺寸精确至千分之几毫米。B?hre表示:“我们的后期加工添加制造金属部件的技术,提供了一种经济有效的方法,可以生产高精度功能表面,适用于公差要求非常严格的应用场合。利用这种技术,可以对大量部件进行高效经济的后期处理。”B?hre及其在萨尔兰大学的研究团队,都是精密加工和精加工领域的专家。他们开发了将金属3D打印和电化学加工结合起来的新技术。

通过电化学去除材料,即使是采用最坚硬的金属,也可以使其形成非常复杂的几何形状。Bahre解释道:“通过我们的非破坏性、非接触式制造技术,即使是采用高强度材料,也可以快速高效地加工具有复杂几何形状的部件。”浸泡在流动的电解质溶液中的工件,可以用电化学方法加工出所需的几何形状,加工公差为千分之几毫米,而且不需要任何机械接触,也不需要给工件施加任何机械应力。工程师们所需要的只是一个电源。在工具(正极)和3D打印过程中产生的导电工件(负极)之间存在高电流流动。

工件浸泡在导电液体(电解液)中,其实这只是一种含水的盐溶液。通过电化学加工过程,可从工件表面去除微小的金属颗粒。工件表面的金属原子,作为带正电荷的金属离子进入溶液,使工件能够非常精确地达到所需的几何形状。Bahre称:“通过调整当前脉冲的持续时间和工具振动,我们可以非常均匀地去除表面材料,留下特别光滑的表面,并实现高维精度。”

研究人员不仅严格检测所使用的金属,如铝、钛或钢合金,而且严格检测具体的工艺步骤。Dirk Bahre称:“想要优化后期加工,需要透彻地了解材料和工艺。例如,我们需要知道在3D打印的前一个阶段,金属到底发生了什么。因此,我们要仔细研究在3D打印过程中生成金属的微观结构。通过详细检测工艺技术和材料性能,我们可以改进和优化电化学方法,以获得更光滑的表面或更复杂的几何形状,并达到更高的精度水平。”

该团队进行了大量实验,首先利用3D打印技术制造金属部件,然后确定如何优化后续的电化学加工阶段,以获得所需的结果。Bahre表示:“我们详细研究不同的材料和加工参数是如何相互作用的,然后决定如何配置整个生产过程。” 例如,在某些情况下,加工步骤的执行顺序很关键。研究人员对所有影响参数进行系统研究,并进行高精度测量和详细的分析。因此,工程师们可以采用很多种方法,对制造过程和定制加工参数进行微调,以满足应用要求。

在这些研究项目中,Dirk Bahre及其研究团队,与商界和工业界伙伴密切合作。其中一些项目得到欧洲区域发展基金会资助。

(责任编辑: HN666)

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