金属多材料 3D 打印

1。简介：3D 打印的下一个进化阶段

经典的金属 3D 打印工艺通常处理单一、均质的粉末或线材。多材料 3D 打印打破了这一障碍，实现了多种金属在单个组件中的无缝组合。这意味着不同材料的具体优点可以准确地应用于组件中需要的地方。

本白皮书重点介绍了行业内多材料打印的技术、挑战和巨大潜力。

2。技术概览

并非所有 3D 打印工艺都适合多种材料使用。最常见的方法是：

• 定向能量沉积（DED）：在粉末激光沉积焊接（LMD-P）过程中，可以同时或交替控制不同的粉末输送机。这允许两种合金之间的渐变过渡（功能渐变材料），没有硬边缘。
• 电弧增材制造 (WAAM)：可以同时或交替送入不同的焊丝。在这里，合金调整也可以“即时”（原位合金化）。
• 粉末床融合 (PBF-LB)：粉末床中的多材料打印极其复杂，因为粉末不能简单地在层后混合应用。然而，特殊的涂层系统（例如超声波计量）可以使不同的粉末精确地沉积在一层内。

3。挑战：热应力和金属间相

熔化两种不同金属时最大的问题是它们不同的热膨胀系数和熔点。

• 开裂：如果一种材料在冷却时比另一种材料收缩得更强烈，则会产生巨大的内应力，这通常会导致界面处撕裂（分层）。
• 金属间相：在两种金属之间的界面处，会形成脆性化合物，从而削弱结构。 “软”、渐变过渡层（例如通过中间合金）在这里提供了一种补救措施。

4。实际应用

多材料打印打开了全新组件概念的大门：

• 火箭发动机：外部采用耐高温铬镍铁合金，燃烧室内部采用导热铜涂层。
• 电动机：直接打印带有嵌入式铜互连的转子，以提高效率和功率密度。

5。结论：复杂性带来回报

多材料打印在某些领域（例如PBF）仍处于起步阶段，但它已经在DED领域得到工业应用。掌握界面处的冶金学是关键。然而，对于高性能组件，多种金属的组合是提高性能和效率的最终杠杆。