读趣阅读
首页科学社会科学探索

360度360行 | “从0到1”的3D打印

王小军博士,华曙高科3D打印行业技术专家。有着赴澳留学经历的他,在攻读博士期间一直致力于不同3D打印材料、技术的研发与应用推广工作。在华曙高科,他又负责指导不同种金属材料在3D打印技术上的工艺和应用研究,所涉及的项目包括军工、医疗等重要工业领域,是一个不折不扣的工业级3D打印技术专家。在这里,他实现着一件又一件复杂工业产品从无到有、从0到1的呈现。

3D打印技术是一种快速成型技术。工业级3D打印是利用粉末状金属或尼龙等材料,通过对模型文件逐层扫描的方法,构建出一个完整材料。和传统工业生产相比,3D打印可以制作各种复杂结构,节约了时间和成本,但更重要的是给了工业设计师们去天马行空设计产品的可能。当一个产品被设计出来后,制作的重担就落到了像王小军这样的技术专家身上。

制作一件工业级3D打印产品的第一步是选材。例如,要制作一件用于航空航天的金属产品,为了将来适应超高温、超低温、高真空、高应力的极端条件,需要对原始材料提出很高的要求。所以在制作的一开始,王小军会先根据产品的用途选择合适的材料。

下一步操作是测试材料的球形度、氧含量、粒径分布等内容,只有达标的材料才能用于下一步制作。这是金属材料的霍尔流速测试的过程,将一定量的金属粉末通过固定口径的通道,查看通过的时间。霍尔流速的指标越好,代表这个材料流动性越好,将来打印的质量会越好。王小军正在称量50克的钴铬合金材料。

王小军正在观察一次钴铬合金材料的霍尔流速时间。

除了霍尔流速测试,王小军正在测试材料粉末的激光粒度。这项测试用于了解金属粉末材料的颗粒大小。

当金属材料通过测试后,王小军会对将要制作的产品进行电脑建模,通俗地来说就是“画图纸”。即将打印的是铝合金发动机叶轮。运用专业建模软件,对叶轮进行模型设计和支撑设计。

王小军正在和同事讨论模型的设计合理性。在3D打印的过程中,给金属3D打印样件加支撑是必不可少的的一个环节,它的设计合理性直接决定了是否能成功打印及打印质量。

来到打印设备间,产品制作来到了最令人期待的环节。王小军和同事正在屏幕前做着打印材料之前最后的准备工作。

华曙高科采用的是选择性激光熔融技术,打印机控制激光在铺设好的粉末上方选择性地对粉末进行扫描,金属粉末被选择性的熔化后快速冷却成型。然后活塞使工作台降低一个层厚的高度,新的一层粉末铺在已成型的当前层之上,设备调入新一层截面的数据进行激光熔化成型,此过程逐层循环直至整个产品成型。

整个加工过程在惰性气体保护的成型室中进行,以避免金属在高温下氧化。透过玻璃,王小军仔细观察着成型室内的打印情况。 

一个不大的叶轮完成打印也需要数个小时。在等待成型的过程当中,王小军和负责打印的操作人员讨论着工作进展。

数小时后,一个崭新的铝合金叶轮出现在成型室内。在打印结束后,王小军会对产品进行清粉处理,并进行去应力退火,以及相关后处理工序。

打印结束并不意味着产品的完成。与此同时,王小军会将相同材料打印出来的样件,用力学性能试验机,对烧结样件强度、韧性等力学性能指标进行检测。

只有通过这一步的检测,一个合格的金属3D打印产品才算完成。这一步一步工序背后,也体现着以王小军博士为代表的华曙高科严谨的工匠态度。

从一堆待筛选的金属粉末,到一个亮丽的金属叶轮,王小军用严谨而又神奇的3D打印诠释了“从0到1”的技术之美。3D打印技术打印的不同结构产品,一次成型,能有效保证零件整体性,缩短新产品开发验证周期,提高研发与生产效率。而作为中国3D打印技术行业领头羊之一的华曙高科,也将继续昂扬奋进。



相关文章

精彩推荐