萨尔兰大学开发非接触式方法 精确成型3D打印金属部件
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发布时间：2022-04-20 19:56
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时间：2023-08-05 09:12
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。
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