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3D打印（也稱為增材制造）使用逐層材料構建方法從數字模型生產零件。3D打印廣泛用于生產聚合物、金屬、混凝土和水凝膠。
特別是，金屬增材制造因其優于鑄造、成型和機加工等傳統制造方法的優勢而備受關注。
由于部件設計自由、部件復雜性、輕量化、部件整合和功能設計等優點，金屬增材制造被用于航空航天、石油和天然氣、海洋和汽車行業。此外，增材制造是一種無需工具的制造技術，可以在更短的時間內以高精度生產完全致密的金屬物體。
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3D打印鋁中使用的方法
激光粉末床融合 (LPBF) 是一種用于 3D 打印鋁的方法，具有更高的表面光潔度和高精度。這個過程是通過使用強大的激光局部熔化材料開始的，然后形成一層連續的固化金屬。在該技術中，材料和零件支撐同時生成，并且基于鋁基合金的特性，可以修改工藝參數以調整孔隙率、微觀結構和最終材料特性。
電子束粉末床熔融是一種類似于LPBF的方法，其中使用電子束來固化金屬粉末。由于電子束的高加工溫度，3D 打印零件的單層逐漸冷卻，導致與 LPBF 相比更粗糙的微觀結構。
AlSi10Mg是3D打印鋁工業應用中常用的鋁合金。它的優點是高強度、韌性、動態質量、改進的熱特性和可建造性。
AlSi7Mg是另一種高強度鋼合金，用于航空航天、國防和汽車工業的結構部件。3D打印的AlSi7Mg的主要優點是其重量輕、耐腐蝕和高動態承載能力。
此外，某些研究已經證明了 Al6061和Al7075的成功打印，而以前它們被認為與金屬增材制造方法不兼容。
3D打印鋁的最新研究
在最近發表在《陶瓷》雜志上的一項研究中，國內的研究人員使用直接墨水書寫方法打印了磷酸鋁結合的Al2O3陶瓷。他們的主要發現是，由于添加了無機粘合劑，Al2O3陶瓷表現出超低的尺寸收縮。
最近的研究探索了用于航空航天工業的3D打印鋁復合夾層結構。復合夾層結構的 3D 打印可以提高航空航天工業的可持續性和制造靈活性。
將納米材料添加到鋁中也是金屬 3D 打印的最新研究課題。納米材料改善了3D打印鋁的機械和熱性能，并且在3D打印過程中納米顆粒的融合改善了3D打印鋁的性能。
鋁3D打印的優勢
鋁3D打印的優勢在于可以通過改變微觀結構和內部受力分布來改變鋁的機械性能。與傳統方法相比，對鋁 3D 打印的研究也證明了材料節省。與傳統方法相比，使用金屬增材制造的高科技行業已經證明了復雜部件的制造速度更快、材料強度更高以及延展性優勢。
鋁增材制造還能夠生產高度優化的結構，否則這些結構成本昂貴、耗時，甚至無法使用傳統制造方法制造。此外，3D 打印的鋁制部件可以與其他部件一起使用，以創建混合結構。
使用鋁3D打印，還可以制造具有能量吸收特性和內部增強特性的結構部分。此外，在結構應用中產生的不希望的殘余應力可以轉化為有利的預應力。
鋁3D打印的挑戰和未來范圍
用于多種工業應用的鋁3D打印仍然存在重大挑戰。在某些情況下，鋁的 3D 打印比傳統的生產方法更昂貴。在金屬3D打印中，必須修改現有的設計方法以適應材料特性和可變幾何形狀的變化。
金屬增材制造技術需要更加標準化，并且需要實施新的質量保證程序，以確保制造的零件在其生命周期內是可靠的。只要解決了這些技術和工業挑戰，鋁 3D 打印在各個行業的應用潛力巨大。
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