【环球新视野】新型3D打印铝合金工艺来了，专为铝而开发，材料非粉末而是片材

铝合金具有比强度高、耐腐蚀、可回收性强等优点，被认为是汽车轻量化的理想材料。3D打印+铝合金已经被制造商用于开发包括复杂的几何形状、随形冷却通道在内的特殊零件。

但由于经济效益低，这一技术在汽车生产中并未得到广泛应用，铸造和开模仍是主流的生产方式。如何解决3D打印成本过高，真正推动其走向大批量生产，是摆在3D打印企业面前的机遇与挑战。

【资料图】

一种专为铝设计的3D打印工艺，图片来自：Alloy Enterprises

为了改变这一现状，Alloy Enterprises应运而生，这家3D打印初创公司成立于2020年初，总部位于马萨诸塞州，过去2年共获得了超1000万美元的融资。它开发了一种新的3D打印工艺，旨在提供高产量的全致密铝部件，使制造商能够从原型设计扩展到批量生产。

在Alloy看来，以前没有真正的3D打印工艺专为铝材设计，所以他们以此为方向，开发了一种专为铝设计的选择性扩散粘合工艺，使用专有的片状铝作为原料，而不是粉末。

据该公司称，这一新工艺将能够扩大生产规模、降低成本并提高安全性和易用性。同时，有助于3D打印在汽车和工业等垂直领域获得更广泛的应用，并最终取代铸造等传统工艺。

走向批量生产，材料是关键

选择性扩散粘合是一种基于片材的工艺，属于分层实体制造的一种。在材料上，该公司没有发明一种新的制造方法来生产他们的新型铝原料，而是通过使用与铝箔和汽水罐相同的铝轧制工艺获得。据Alloy Enterprises公司创始人Forsyth表示：“想要在批量生产中获得真正具有竞争力，以粉末为出发点是很困难的。而采取铝轧制工艺不需要重新考虑如何获得高产量和低成本的原料，这一步非常的关键。”

使用到的铝合金片材，图片来自：Alloy Enterprises

到目前为止，公司已经生产了14吨材料，据说成本是铝粉的1/25。除了成本之外，不使用粉末还省去了烘烤、筛分和脱粉等步骤。轧制铝材没有金属粉末固有的危害，该过程不需要呼吸器或特殊存储等防护设备，并且没有材料爆炸的风险。

2台机器配合，切割与粘合

选择性扩散粘合工艺（1-3），图片来自：Alloy Enterprises

选择性扩散粘合使用到了2台机器。第一个称为Construct机器，用激光切割零件的轮廓，并将片材堆叠起来，然后在材料的某些区域涂抹抑制剂以形成支撑物。同时机器还能对每一层进行扫描检查，确保产品质量，提高打印成功率。

选择性扩散粘合工艺（4-5），图片来自：Alloy Enterprises

这些完成后，操作员将零件移至Bond机器。在这台机器中，除了涂有抑制剂的区域外，零件经过扩散粘合工艺将材料片熔合在一起。在扩散粘合过程中，片材堆叠成为一块材料，然后拆除支撑材料，再进行热处理得到最终的零件。

和传统铸件一样，也可以通过CNC进行二次精加工处理，但是3D打印相比于铸造，可以生产复杂的几何形状和随形冷却通道。另外，采用高强度铝合金（如6061）生产，其机械性能优于传统铸造零件，而且所需的时间更短。

下一阶段，成为零件供应商

目前，Alloy Enterprises正在其实验室中运行功能齐全的测试系统。它为客户生产零件，客户对其进行评估、鉴定并向公司提供反馈。同时，该公司还在开发下一代机器，将能够在一年内生产超过7吨的零件，未来计划成为零部件供应商，在其工厂生产零部件。

生产的工业零部件样品，图片来自：Alloy Enterprises

对于其材料规划，该公司目前仍专注于6061铝合金，但也不排除在未来添加更多材料，以及扩展技术的其他可能方式。

事实上，除了Alloy通过选择性扩散粘合的解决方案外，来自比利时的初创公司ValCUN也给出了一种不一样的方案，熔融金属沉积 (MMD)技术。其原理是通过将预热的熔融金属挤压到工件上，工件通过电流加热而产生等离子射流，等离子体射流加热熔融材料将其沉积，并一层层融合形成零件。

想要实现真正的金属3D打印经济批量化生产，还需要有更多新技术的出现，我们也期待国内企业有类似创新，给未来的3D打印市场带来更多惊喜。