3D打印技术助力高端有色金属产品制造

 　近日，山西卓锋钛业成功研制出了3D打印的球形海绵钛粉，其填补了我国钛工业高端钛粉产业和技术的空白，打破了西方发达*对这一项目的垄断，更深远的意义则在于，这在某种意义上标志着3D打印技术真正开始走进了有色金属加工制造，并为有色金属在高端产品制造领域开拓了更为广阔的应用前景。

　　无独有偶，据悉，飞利浦公司下属企业——医疗成像零部件制造商SmitR.ntgen——开发出了基于粉末床激光熔融的增材制造（即3D打印）方式加工纯钨的工艺。该工艺通过选择性的固化，用熔点高达3422摄氏度的金属钨制成的纯钨薄膜层来将一个数字设计建构成一个三维产品。

　　这一能够通过3D打印纯钨的*技术，使SmitR.ntgen可以使用纯钨*、高效地制造出高度复杂的凹面或支撑部件。“能够3D打印纯钨零件已经吸引了全球的关注，掌握这一技术后，创造新的创新产品和利基市场的可能性是无穷无尽的。”SmitR.ntgen负责营销和销售的PieterNuijts如是说。

　　3D打印即快速成型技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

　　自2013年以来，3D打印技术在有色金属领域的应用屡屡见诸报端。这一技术以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末材料进行逐层堆积黏结，*终叠加成型，制造出实体产品。

　　山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室副教授武玉英介绍了3D打印的工作原理：“3D打印技术主要是采用激光熔覆，它先把金属熔化做成粉末，然后再把它凝固成型，再撒上粉、再凝固。不像普通打印机那样直接打出来，而是分层叠覆的。”

　　与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以*终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

　　当然，3D打印技术对铝箔、铜管等普通有色金属产品来说，其意义远不如在高端产品中的应用前景，对于结构复杂、难以成型的产品——特别是军工、航空、航天等领域的零部件来说，采用传统加工工艺，不仅流程繁琐、对于人工和设备的技术水平要求高、产品易出现误差，而且由于流程长而导致的生产过程中的不可控因素增加的风险都是存在的，采用3D打印则能够有效避免上述状况的发生。

　　武玉英教授还表示：“3D打印技术其实更加适合熔点高的金属，目前使用较多的是钛，钛的熔点很高，在制作过程中它的熔化一直是关键问题，采用3D打印激光熔覆正好解决了它的熔炼成型问题。”

　　然而，目前有色金属在高端产品制造领域中的应用仍显不足，钛、钨等金属在航空、航天等领域中的应用还存在许多问题，而3D打印技术则能够弥补其中的一些缺憾。武玉英教授介绍说：“目前3D打印主要用来制作军工、航空、航天的一些零部件，这些零部件用其他方式制造可能周期比较长、比较费料，结构也不大好做，所以用3D打印能成功把它制造出来。”

　　然而，山西卓锋钛业等企业的试水似乎只是“好奇的探索”，需要解决的问题还有很多。其中*主要的问题就是成本。武玉英教授认为：“3D打印成本比较高，生产一个很小的零部件，可能需要花费上百万。如果作为民用生产技术，那么它的成本太高了，生产周期也比较长。所以就目前看来，这个技术更适用于高端金属产品制造。”

　　此外，武玉英教授也表示：“3D打印技术还需要解决的一个关键问题就是控制零部件的变形和应力的产生，因为它是激光熔覆的过程，在制作过程中可能是这头受热温度比较高，那一头是凉的，因此在加工制作过程中就会产生一些应力或者变形。”

　　3D打印虽然还存在诸多问题，但其产品具备晶粒更小、强度更高、力学性能优越等特点，应用前景被许多人看好。日本沙迪克公司于今年7月宣布，其开发出了使用金属材料加工的3D打印机“OPM250L”，并将于2014年10月开始销售；西北工业大学凝固技术*重点实验室下设的激光制造工程中心通过激光立体成型技术，为国产客机 COMAC C919制造钛合金翼梁；世界*的超跑制造商Koenigsegg也在研究使用3D打印的铝合金材料来生产汽车，以及汽车零部件。

　　3D打印技术在不断地冲击着我们的观念，更给社会生活和工业生产带来了无数新的可能，进而创造出更多的、难以预见的利润空间。也许3D打印在如今看来仍然有许多问题亟待解决，但一如当年互联网诞生之初的“昂贵”和如今的迅速普及，谁也不能否认，3D打印是否会成为下一个“互联网”——起码在现阶段，我们能够看到的，是通过3D打印技术制作高端有色金属制品已经成为现实，相信随着技术的成熟和设备的进步，使用这一技术来创造出真正的飞机、汽车等也将不会遥远，而对于有色金属行业来说，3D打印技术不仅拓展了有色金属制品在航空、航天、军工等高端产品制造领域的应用前景，更为我们企业的发展提供了更广阔的空间。