本文选自《前哨·王煜全》前哨团系列 张柳健,曾任 Renault Sport 声学工程师,法国普瓦捷大学博士生,研究高速流体产生的漩涡及产生的声音。 3D 打印也叫做增材制造 ,超声波增材制造是一种基于传统加工工艺“超声波焊接”的技术。 超声波焊接是指利用超声波的振动能量使两个需要焊接的表面摩擦,形成分子间融合的一种焊接方式。 超声波增材制造就是将这种焊接方式应用到 3D 打印机上形成的新的3D打印工艺。 美国的 Fabrisonic 公司推出的 “超声波增材制造” 工艺为核心的工业金属 3D 打印机,是一种类似于将传统的减材与增材相结合的技术,即采用超声波焊接层层放置的金属箔得出大致形状(3D打印增材过程),然后用铣床切割(传统减材过程),以得到最终零件。 这种技术比传统工艺省料,与 3D 打印技术相比,相同成本下成型件表面更光滑。 在连续的超声波振动压力下,两层金属箔之间会产生高频率的摩擦,而在摩擦过程中金属表面覆盖的氧化物被剥离,进而通过超声波的能量辐射(或外部加热)将较为纯净的金属材料软化填充至已焊接完毕的金属箔片的表面,在这个过程中,两片金属箔片的分子会相互渗透融合,进一步提高焊接面的强度,因此也就可以更好地保留其原先材料的机械性能 ,而后周而复始,层层累加,最终成型。 此工艺不同于以往的 3D 打印的熔融机制,其超声波驱动器对箔施加超声波振动,产生的震动摩擦去除表面氧化物和污染物,同时新的薄片填平原来表面的粗糙,并在压力下瞬时结合形成新表面。
这种工艺主要将应用在为各种圆柱体零件、轴、管的外表面添加贵金属层或其他金属特征。最近几年他们一直在开发超声波 3D 打印所需要的材料。去年12月份,他们声称其使用超声波增材制造工艺的金属材料,拉伸强度达到部分钢的水平,但重量与同体积的铝差不多,这对于对重量很敏感的航天航空工业来说是个好消息。 其实,对于 3D 打印,人们首先想到的就是粉末在激光加热下凝结成物体。而这家位于俄亥俄州的 Fabrisonic 公司则采用金属箔薄膜,逐层添加,然后增加一些减材加工,以实现良好的精度。虽然 Fabrisonic 才成立于2011年,但已经开始为 NASA、波音等客户提供服务,供应钽、稀土、钛、钨等材料的打印服务。 Fabrisonic 现在更多的是通过制造服务而不是卖设备获得收入。2016年 NASA 兰利研究中心与 Fabrisonic 公司合作,使用 Fabrisonic 的超声波 3D 打印机将传感器嵌入到金属零部件中,以长期监测零件的温度、速度等变量。
这些因素一定程度上限制了制造工件的几何尺寸与形状结构,使得超声波增材制造的普及受到一定的影响。
《前哨·王煜全》第二季近期上线,敬请期待! |
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