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距離ceramicspeed的鈦合金3D打印導(dǎo)輪問世已有一段時(shí)間，但至今無人知道丹麥人是如何將鈦合金穩(wěn)定打印成一顆正圓，筆直，并且輕量化的導(dǎo)輪的。不過好消息是，來自成都和上海的研究團(tuán)隊(duì)在生產(chǎn)飛行器導(dǎo)氣管時(shí)完成了超薄金屬打印技術(shù)的開發(fā)。他們使用一種專為超薄零件研發(fā)的300M高強(qiáng)度不銹鋼，可以實(shí)現(xiàn)0.1mm壁厚的金屬打印工作。使得這顆不銹鋼導(dǎo)輪的重量比鋁合金還要更輕，同時(shí)耐磨損度達(dá)到鋁合金的三倍。

▲如果你眼力夠好，就能觀察到0.15mm厚的導(dǎo)輪空心臂

當(dāng)然要介紹導(dǎo)輪之前，我們先聊聊為什么3D打印機(jī)隨處可見，但許多人嘗試制作這樣一顆導(dǎo)輪都失敗了。書接上回，雖然3D打印的價(jià)格成本一直在緩慢下降，但有一個(gè)無法避免的問題就是打印零件的變形。尤其是薄壁零件。

簡(jiǎn)單來說，3D打印機(jī)的工作原理就是用激光束快速融化被照射處的金屬粉末，然后再鋪上一層金屬粉末，再用激光束融化一層。當(dāng)?shù)谝粚臃勰┍蝗诨�后還沒有完全冷卻時(shí)，第二層粉末也開始被融化。每一層的粉末冷卻時(shí)間不同就會(huì)導(dǎo)致最終成型的零件會(huì)有那么一點(diǎn)點(diǎn)變形。

當(dāng)然，如果你購(gòu)買了一臺(tái)3D打印機(jī)，廠家的安裝人員會(huì)告訴你這臺(tái)打印機(jī)的最小打印壁厚（往往是0.6mm）以及零件變形率，但實(shí)際情況往往比廠商說的更糟糕。這就會(huì)導(dǎo)致，如果你找到路邊的代工廠付一點(diǎn)點(diǎn)錢，你得到的往往是扭曲與橢圓的零件。

▲便宜總是沒好貨

如果你騎自行車的資歷足夠老，也許你聽過這樣的傳說：“雷諾953是一種鋼性超強(qiáng)的不銹鋼材質(zhì)，高達(dá)2000MPA的超高強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到坦克車鋼板的強(qiáng)度，此一超高強(qiáng)度以至能抽出0.3mm的超薄車管而不會(huì)斷裂也因此，讓很重的鋼，達(dá)到輕量化的車架要求。制造雷諾953沒有什么難度——有難度的是很廉價(jià)和快速地制造出來，當(dāng)然還有人愿意出錢。一塊普通含碳量超過0.6%以上的高碳鋼，幾塊錢一公斤，加上熱處理費(fèi)用幾塊一公斤，十塊一公斤就頂天了。如果要將這塊碳鋼軋制成0.1毫米薄片，熱處理好之后的成本就變成一百幾十塊一公斤了。問題的難度在于拉管，焊接和熱處理的加工工藝，和材料沒半點(diǎn)關(guān)系。馬氏體的可塑性差（這個(gè)差是相對(duì)于延展性能非常好的奧氏體不銹鋼而言），常溫焊接有開裂傾向，焊接工藝復(fù)雜需要預(yù)熱。0.3的薄壁零件熱處理時(shí)估計(jì)也有嚴(yán)重的變形傾向。不過這個(gè)工藝難度絕對(duì)上升到“一國(guó)之力”的高度�！�

雖然不知道這樣的傳說是真是假，但高強(qiáng)度的金屬往往難以加工，更何況是如此精密的打印出一整個(gè)0.15mm壁厚的微小零件。說到這顆導(dǎo)輪的材料300M，研究團(tuán)隊(duì)聲稱打印態(tài)強(qiáng)度達(dá)到了1400mpa，即使壁厚0.1mm也不會(huì)輕易（用手指按壓）變形，但最關(guān)鍵的還是專門針對(duì)超薄壁零件的打印性能進(jìn)行了優(yōu)化。如果可以造飛行器，那想必自行車也是綽綽有余。（當(dāng)然他們還透露有可以達(dá)到2200mpa的打印材料，對(duì)此我當(dāng)場(chǎng)表示了懷疑）

現(xiàn)在我們解決了材料的問題，就要聊聊另一個(gè)會(huì)導(dǎo)致零部件變形的問題了，金屬的內(nèi)應(yīng)力。在打印過程中，零件會(huì)有一些懸空的部分需要添加支撐。在最后打印完畢后切割掉支撐部分就得到了完整的零件，剛剛打印完畢的零件一般來說不會(huì)有太大變形，但是一旦你切割掉支撐后，金屬內(nèi)應(yīng)力就會(huì)導(dǎo)致零件向遠(yuǎn)離支撐的方向偏移。打個(gè)比方，當(dāng)你繃直了保鮮膜蓋在碗上面看起來平滑，但當(dāng)你把碗拿掉以后，保鮮膜就會(huì)縮成一團(tuán)。金屬也是這樣，當(dāng)然不會(huì)像縮成一團(tuán)那么夸張。

關(guān)于內(nèi)應(yīng)力方面，他們并沒有給我透露太多，只是說放心好了，一切都沒問題。

也許這些技術(shù)會(huì)在不遠(yuǎn)的將來讓每一個(gè)代工廠都受益，那么現(xiàn)在大家就可以暢想了，如果可以“低價(jià)”生產(chǎn)任何形狀的高強(qiáng)度零件，你會(huì)想要什么呢？

責(zé)任編輯：一棟五樓大草莓