1.3 金属3D打印技术的发展趋势
经过近30年的发展,金属3D打印材料取得了显著的进步,但相对成熟的合金仅有几十种,与现有5000多种金属材料还存在巨大差距。除此之外,金属3D打印合金的力学性能和成形几何精度控制也远未达到理想状态,这一方面来自于对这些合金在金属3D打印和后续热处理过程中的成形和成性机理的研究及认识不够系统深入,另一方面来自于对金属3D打印过程的控制不够精细。这也意味着,对于金属3D打印技术,仍有大量的基础和应用研究工作有待进一步的完善,因此,未来金属3D打印技术的发展趋势包括:
(1)深入了解3D打印技术的关键科学问题
3D打印是粉末、丝材等原材料在激光等能量源,在极短的快速交互作用下产生的冶金行为,快速加热和冷却过程中的冶金行为与能源特性、原材料特性、加热/冷却环境等多因素之间存在交互作用。识别和探究原材料与能量源之间的作用机制,进而通过改善原材料物理特性,选择匹配性较好的能量源,提高原材料对能量源的高效吸收,建立适合的3D打印方法,必将成为未来金属3D打印领域的研究热点。
(2)3D打印新材料的开发
随着3D打印过程中基础科学问题的深入以及装备制造水平的不断提高,越来越多的金属材料将会被用来打印,因此,金属3D打印新合金和创新构型结构功能一体化材料的研究必将会成为金属3D打印的重要发展方向。
(3)金属3D打印技术的质量将得到更大提升
随着对金属3D打印机理研究的深入,金属3D打印装备的升级换代速度以及过程质量控制技术都将得到提升,因此,金属3D打印零件的效率和综合力学性能都将会得到明显改善,表面质量和其他物理性能也将得到进一步的改善。
(4)建立新型结构形式下的评价标准及评价方法
3D打印是实现复杂、制造难度大、制造成本高等结构件快速精准制造的变革性技术。该技术的实现在冶金机理、微观组织、结构形式、缺陷形式等方面与传统的制造有着很大的差异,因此传统的标准及其评价方法已经无法适应新产品的需求。依据3D打印技术的特征,探索综合性能评价方法,建立新型结构形式下的评价标准及评价方法是实现金属3D打印技术工程化应用的关键核心问题。