可在數分鐘完成之高速液態金屬3D列印技術

 

刊登日期:2024/3/14
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美國麻省理工學院(MIT)開發了一項可使用液態金屬進行高速列印之積層造型技術,並已實證確認可以在數分鐘內製造出桌腳、椅子框架等大型零件。液態金屬列印(Liquid Metal Printing; LMP)技術係將熔融鋁沿著預定路徑滴落至微小玻璃珠平台而製成,鋁快速凝固形成3D結構。根據研究人員表示,LMP比同類金屬3D列印製程至少快10倍,而且加熱、熔化金屬的手法亦比其他方式更有效率。

然而LMP方法優先考量列印速度與造型尺寸,卻也犧牲了解析度。與使用其他慢速積層造型技術製造的零件相比,LMP可以低成本生產大型零件,但較難期待具有高解析度。因此LMP製造的零件適用於建築、施工、工業設計等無需太多細節的大型結構應用。此外,亦可有效地活用於使用回收金屬或廢金屬之快速原型製作(Rapid Prototyping)。

麻省理工學院使用鋁印製了框架、桌椅等組件,並證明其強韌性足以承受造型後的機械加工。藉此可知透過將使用LMP列印的組件與高精度製程或其他零件相結合,將可製造出正常發揮機能性的家具。

3D列印製程中首先將一塊麵包大小的鋁投入電爐中,以爐內的金屬線圈將其加熱至700℃,略高於鋁的熔點660℃。鋁在石墨坩堝中保持高溫狀態,並沿著預設路徑從陶瓷噴嘴自然掉落至列印平台上。在填充列印平台的材料方面,研究團隊嘗試了石墨粉、鹽等多種不同的材料,最後選擇了直徑100 μm的玻璃珠。微小的玻璃珠可以承受熔融鋁的高溫,並做為非反應性保持材料發揮機能,促使鋁快速冷卻。

由於噴嘴插入玻璃珠中,無法觀察到熔融鋁流入的狀況,為了支援LMP列印,需要一種方法以模擬列印過程中任何時刻發生的情況。因此研究團隊也開發了一項可以推估每小時滴落至列印平台上液態金屬量的數值模型。未來若一般個人都可利用回收鋁熔化、列印製成零組件的話,或將徹底改變目前金屬製造業的遊戲規則。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/240219_mit.html
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