3D打字與印刷物體和呆板零元件是一種高新技術(shù)進(jìn)步頂端本領(lǐng)，簡(jiǎn)直不妨打字與印刷十足貨色，大到興辦物、橋梁和公共汽車(chē)，小到牙齒等，所用資料除去塑料、廢物和陶瓷粒子外，非金屬資料粉末/絲材如鋁、鈦、不銹鋼和高溫合金粉也是常用的。保守的各類(lèi)鋁合金粉都不妨用來(lái)打字與印刷物體和構(gòu)造件，還研制出了少許不許用來(lái)慣例消費(fèi)的3D打字與印刷用的鋁合金，如對(duì)98%之上的變形鋁合金來(lái)說(shuō)，F(xiàn)e都是一種無(wú)益的雜質(zhì)。然而對(duì)于3D打字與印刷用的鋁合金卻是一種有益的合金化元素，由于它能明顯細(xì)化顯微構(gòu)造，遏制晶粒長(zhǎng)大，所有大幅普及打字與印刷件的力學(xué)本能。

3D打字與印刷（3D printing）又稱增材創(chuàng)造（Adding Manufacture或Additive Manufacturing，AM），是一種前沿新興的趕快成型創(chuàng)造本領(lǐng)，遭到社會(huì)各行各業(yè)和國(guó)表里媒介的普遍關(guān)心，是一種以數(shù)字模子筆墨為普通，沿用非金屬粉末或塑料等粘合資料，經(jīng)過(guò)一層一層打字與印刷辦法創(chuàng)造各類(lèi)物體的本領(lǐng)。3D打字與印刷機(jī)于上世紀(jì)90歲月中葉面市，是一種用光固化和紙層疊等本領(lǐng)的趕快成型安裝，與慣例打字與印刷機(jī)處事道理大概溝通，機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打字與印刷資料”，與計(jì)劃?rùn)C(jī)貫穿后，經(jīng)過(guò)其遏制把“打字與印刷資料”一層又一層疊加起來(lái)，把計(jì)劃?rùn)C(jī)上的宏圖形成實(shí)簡(jiǎn)直在的物體和呆板。

3D打字與印刷進(jìn)程可分為兩步，開(kāi)始在須要成型的地區(qū)噴灑特出的“膠水”，而后平均噴灑粉末，粉末遇到膠水會(huì)趕快固化，沒(méi)有膠水的地區(qū)仍維持渙散狀況，反復(fù)這一進(jìn)程就會(huì)按宏圖打出什物。因?yàn)槠浞謱蛹庸みM(jìn)程三維與噴墨打字與印刷格外一致，以是被稱為3D打字與印刷，相映的呆板被稱為3D打字與印刷機(jī)。

鋁粉制備

3D打字與印刷資料除去塑料與陶瓷粒子外，非金屬資料粉末如鋁、鈦、不銹鋼和高溫合金粉也是常用的。在3D打字與印刷工藝中，創(chuàng)造好多形勢(shì)與構(gòu)造攙雜的3D打字與印刷的粉末是慣例的氣體霧化法治取的，小液滴在霧化進(jìn)程遭到急冷，產(chǎn)生渺小晶粒，粉末的晶粒普遍為20μm～30μm。暫時(shí)，符合采用激光融化打字與印刷（SLM，selective laser melting）的鋁合金并不多，惟有少量合金霧化粉未適于這種打字與印刷，才不妨SLM法打字與印刷出沒(méi)有小孔和熱裂紋的產(chǎn)物，用的最多的是AISi10Mg合金，但它并不是為3D打字與印刷研制的鋁合金，是一種近共晶型的慣例合金，因?yàn)楹胁簧俚墓簿?，以是打字與印刷的產(chǎn)物中無(wú)渺小的孔洞與熱裂紋，看來(lái)，興盛符合SLM工藝3D打字與印刷的鋁合金是燃眉之急。

進(jìn)步的3D打字與印刷用鋁-鐵合金

連年來(lái)，研制勝利一批符合3D打字與印刷的新式鋁合金，它們不會(huì)在產(chǎn)物中產(chǎn)生松散（porosity），也不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。興盛3D打字與印刷用鋁合金的兩條策略辦法：一是保護(hù)液滴高速凝結(jié)時(shí)能有充滿的熔體流入晶粒間裂縫內(nèi)；二是產(chǎn)生的晶粒應(yīng)渺小，為了到達(dá)第一個(gè)手段，應(yīng)保證合金有充滿的共晶。細(xì)晶粒產(chǎn)物既有高的強(qiáng)度，又有杰出的塑性，同聲還能革新熔體的震動(dòng)性，不會(huì)產(chǎn)生松散和熱裂紋。在W.佛雷格納（Fragner）等制備的3D打字與印刷的含F(xiàn)e的合金晶粒圖中表露，在含1.2%Fe的AlSi9Cu3MgFeZn合金（A380、A226）壓鑄件的顯微構(gòu)造中，富Fe中央非金屬相β-AlFeSi的尺寸達(dá)幾百μm；SLM工藝3D打字與印刷件的顯微構(gòu)造，β-AIFeSi相的尺寸小于1μm。

在安排合金和消費(fèi)工藝時(shí)最要害的是要保護(hù)熔體有高的冷卻速率，最佳能到達(dá)104K/s～106K/s，即約為慣例壓鑄冷卻速率的1000倍，在這種冷卻速率下，中央非金屬相（IMPs，intermetalic phases）就會(huì)變成異質(zhì)晶核和遏制晶粒長(zhǎng)大，可產(chǎn)生這種中央相的元素為Zr、Sc、Ti、SiC，它們產(chǎn)生的中央非金屬相為：

Al+Zr→Al3Zr、Al+Sc→Al3Sc、Al+Sc+Zr→Al3（Sc，Zr）、7075合金中的Si→Mg2Si、5XXX合金中的Si→Mg2Si。

富鐵相是無(wú)益的，由于它們使合金的塑性低沉，應(yīng)莊重遏制其量和尺寸。含1.2%Fe的AISi9Cu3MgFeZn（A380、A226）合金在較慢冷卻時(shí)（1K/s～10K/s），十分于壓鑄冷卻速率，構(gòu)造中的β-AIFeSi相呈片狀或針狀，它的抗壓強(qiáng)度160MPa，伸長(zhǎng)率很低，惟有0.7%，由于其富Fe中央相大到好幾百 μm，形成應(yīng)力會(huì)合。采用性激光熔煉（SLM）合金的顯微構(gòu)造，特殊精致，富Fe中央相（IMP）尺寸小于1μm，力學(xué)本能大大革新，降服強(qiáng)度220 MPa，伸長(zhǎng)率1.9%，以至可達(dá)5.3%〔2〕。

由此看來(lái)，對(duì)采用激光3D打字與印刷用鋁合金粉末來(lái)說(shuō)，F(xiàn)e是一種有益的合金化元素，因?yàn)榇斯に嚨睦鋮s速率很快，可產(chǎn)生精致的顯微構(gòu)造。奧地力有色非金屬公司（Amag）和其協(xié)作公司安排和制備了含F(xiàn)e量高的3D打字與印刷用的鍛造鋁合金和變形鋁合金，合金中的Fe、Mn含量大到使合金在采用激光3D打字與印刷時(shí)的固相線溫度TsTMP比合金的液相線TL溫度還高少許或與其鄰近。如許就能保證IMPS 3D打字與印刷零件具備渺小的顯微構(gòu)造與更好的力學(xué)本能。

Fe+Mn含量高的3D打字與印刷鋁合金

按照Fe、Mn元素在鋁合金中的效率，奧地力有色非金屬公司在制備少許本能憂良的采用激光打字與印刷用的鋁合金時(shí)，不只應(yīng)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)和控制Fe、Mn的含量，并且還要很好地調(diào)制Si、Cu、Mg、Mn、Zn的含量。Amag公司推出的新式進(jìn)步高速鐵路3D打字與印刷鋁合金是以AA5083（AIMg4.5Mn0.55）合金為基準(zhǔn)的興盛，并參考了AM合金Scalmalloy的因素，它是一種含有Sc+Zr的AA5083型合金，固然有好的歸納本能，但價(jià)錢(qián)高。5083合金是一種于上世紀(jì)30歲月成型的合金，贏得了普遍的運(yùn)用，于今仍是一種常用合金，其因素（品質(zhì)%）：Si0.40，F(xiàn)e0.40，Cu0.10，Mn0.40～1.0，Mg4.0～4.9，Cr0.05～0.25，Zn0.25，Ti0.15，其它雜質(zhì)單個(gè)0.05、核計(jì)0.15，其他Al，此刻已產(chǎn)生有8個(gè)分子的大師族：5083、5183、5183A、5283、5283A、5283B、5383、5483。

新合金及比擬的標(biāo)桿合金——Scalmalloy、低Fe（0.1%）的合金，以及含0.45%Zr的合金的化學(xué)因素見(jiàn)下表。合金A3的因素與Al合金的因素一致，但Fe含量很高，同聲還安排了Mn含量。A2合金的因素與Scalmalloy合金的一致，但Fe含量卻高達(dá)0.7%。

在A1及A3合金的光學(xué)及電子顯微鏡顯微構(gòu)造圖像試驗(yàn)中也不妨明顯地表露出：含1.3%Fe合金晶粒渺小，A3合金也沒(méi)有看來(lái)的熱裂紋，證明Fe有很好的效率。A1合金的Fe含量很低，惟有0.1%，晶粒粗壯，且有熱裂紋。

在A3合金（1.3%Fe）的光學(xué)及電子顯微鏡顯微構(gòu)造圖像中表露，晶粒渺小，F(xiàn)e（+Mn）相呈亞顯微構(gòu)造（submicroscoptically fine），很渺小，同聲重要坐落晶界，遏制晶粒長(zhǎng)大，所以合金的晶粒渺小，又沒(méi)有裂紋，力學(xué)本能好，各項(xiàng)目標(biāo)均居上位。A3合金晶粒精致，有很高的抗壓強(qiáng)度，A1合金的塑性低，伸長(zhǎng)率小，由于有熱裂紋。

細(xì)晶粒的產(chǎn)生是Sc及Sc+Fe的貢獻(xiàn)，A2合金的力學(xué)本能之以是比Scalmalloy合金的高是由于含有0.4% Fe。而Scalmalloy合金的Fe含量低，A3合金與Scamalloy合金有大概十分的力學(xué)本能，然而后一合金有高貴的Sc，宜少用。而A3合金中的Fe是一種常用合金化元素，同聲可由用的廢物中帶來(lái)。Scalmalloy在325℃/4h熱處置人為實(shí)效后具備很高的強(qiáng)度本能，降服強(qiáng)度475MPa，抗壓強(qiáng)度520 MPa，而A3合金毫無(wú)實(shí)效反饋。

跋文

3D打字與印刷本領(lǐng)是一種全能的高精尖新興趕快成形本領(lǐng)，遭到列國(guó)和地域社會(huì)各行各業(yè)的熱切關(guān)心，華夏在3D打字與印刷本領(lǐng)運(yùn)用、研制和實(shí)行上面做了很多處事，在寰球上率先打字與印刷出10m級(jí)2219鋁合金運(yùn)載火箭放射燃料貯箱貫穿環(huán)。早在2015年8月，李克強(qiáng)總理就把持國(guó)務(wù)院專(zhuān)題講座計(jì)劃加速興盛進(jìn)步創(chuàng)造與3D打字與印刷等題目，近些年來(lái)，功效宏大，但與昌盛國(guó)度比擬，再有少許差異。正文所引見(jiàn)的高速鐵路含量3D打字與印刷用的5XXX系鋁合金大概對(duì)感愛(ài)好的讀者群有所扶助，尚未見(jiàn)我國(guó)在這上面接洽功效的

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