非晶3D打印——3D打印体系中最具潜力的前沿技术

    金属零件3D打印技术是3D打印整个体系中最具潜力和最为前沿的技术，是先进制造技术的重要发展方向。虽然现在金属3D打印很热，有很多企业和政府也纷纷上马或推广金属3D打印项目，但真正用金属3D打印做出产品的较少。这里面关键问题还是技术问题，打印速度和精度、打印精度和强度等相互矛盾的技术指标困扰着制造商和最终用户，当然还有操作专业性强、原材料昂贵等问题，最终让他们保持观望态度。在现阶段技术条件下，发展金属3D打印的智能化和增减复合技术是有效地解决目前存在弊端的关键，是未来金属3D打印的重要发展方向。

 

    为什么会盯着非晶3D打印？

     处于亚稳态的非晶合金需要在较快的冷却速率下才能获得，而目前通常采用的铜模铸造法只能制备出临界尺寸较小的非晶合金。另外，由于块体非晶合金存在严重的室温脆性问题，其在室温下难以进行机械加工。复杂形状构件的模具无法或很难加工制造，导致难以获得精密复杂的非晶合金构件，这成为制约非晶合金应用的另一个瓶颈。因此，如何突破非晶合金临界的尺寸限制和复杂构件的制备加工是扩展其在相关领域应用的关键。

    近年来，激光3D打印技术的迅猛发展为解决上述难题提供了契机。激光3D打印技术属于快速成形技术的一种，与传统的切削等机械加工技术不同，激光3D打印技术是一种以数字模型文件为基础的“增材制造”技术，是一种具有“变革性”意义的数字化、短周期、低成本的先进制造技术。由于激光3D打印技术是一种逐点离散熔覆沉积的成型方法，其每点的所受激光加热面积较小，熔池的热量可以迅速向基体扩散，使得激光熔池的冷却速率远大于非晶合金的临界冷却速率，使得熔池在冷凝的过程中可以避免发生晶化，进而获得非晶态，这为无尺寸限制地制备非晶合金提供可能。另外，激光3D打印是以金属粉末为原材料，通过高能激光束对金属粉末逐层熔化堆积，直接由数字模型一步完成全致密、高性能、复杂金属零件的“近终成形”制造，这为制备复杂的非晶合金构提供理想的手段。

     因此，针对目前非晶合金所面临的尺寸较小和难以制备加工复杂构件的问题，激光3D打印技术是最有可能解决上述问题，并实现非晶合金大规模应用的技术。