电化学沉积3D打印金属零件

发表于 2017-11-8 16:29:07 显示全部楼层 1 3843

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3D打印通过材料层间凝固形成复杂的三维几何体,金属3D打印提供的自由设计与制造已经在航空航天、汽车和医疗领域获得了应用。金属增材制造多以DMLS、SLM、LENS等技术常见,通过选择性激光烧结金属粉末层实现零件成型。由于金属打印机的高成本、零件内部易产生缺陷等问题,目前对金属增材制造的商业应用受到很大限制。因此,今年XJET开发出了基于喷墨的金属增材方式,开启了金属打印的新模式,近来伦敦帝国学院推出了一种成本较低的金属成型方式,该技术是基于FDM的电化学增材制造工艺。

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电化学增材制造的基本原理是源于电镀工艺。电镀通常用于诸如首饰镀金或硬币镀铜的应用,它的工作原理是溶液中的金属离子如硫酸铜中的Cu2+离子通过施加外部电位而被还原成其元素组分,从而形成金属结构。

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该工艺的优点是可在室内环境条件下沉积多种材料和合金,而不会造成热损伤,不需要激光器或惰性气体环境,成本很低。而且,在沉积过程还可以通过电位的逆转来实现增材和减材,从而通过电化学溶解来回收组分。

这项技术主要缺点是沉积速度慢,该问题的解决主要基于设备本身,研发团队采用半月板隔离法,将离子溶液装入注射器中,通过机械方法使电解质挤出,在喷嘴和导电板之间形成弯液面,通过施加电压来沉积金属,并且通过打印头移动来建立3D零件。采用该方法,金属沉积率比等效系统高出三个数量级。印刷的铜结构具有多晶质的特性,随着电压的增加,其粒尺寸减小,从而提高维氏硬度和电阻率。

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电化学沉积技术通过控制电压正反可实现增材和减材制造,对于回收金属非常有限,大大降低了成本,并且通过安装打印头给复合材料制造提供了可能。

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