盡管在當下的3D打印領域，金屬3D打印技術是（shì）一大熱點。但是這一技術仍有（yǒu）諸多問題有待解決，其中之一就（jiù）是其金（jīn）屬製（zhì）成結構的去除非常麻煩，需要（yào）通過大量的機械加工（這可能損（sǔn）害部件）才能去除。不過，如今這一問題出現了有望解決的曙光。日前，研究（jiū）人員們剛剛完成了一（yī）個可溶性碳鋼結構的概念證明，這（zhè）一結構是（shì）用來支撐3D打印不鏽鋼部件的。據悉，這是種可溶性金屬支撐解決方案（àn），在（zài）這個方（fāng）案中，碳鋼可以通過一種基於硝酸和氧氣泡的電化學刻蝕技術去除掉——而且不會影響不鏽鋼。

 

 

去支撐後的12mm寬金屬3D打印部件，其支（zhī）撐結構使用（yòng）了碳鋼材料（liào）。支撐（chēng）去除後還需（xū）要進行一些加工和後處理，但（dàn）省去了去（qù）支撐的過程（chéng）。

 

這一顯（xiǎn）著（zhe）的突破，被發表在（zài）了一篇名為《3D直接金屬打印的可溶（róng）性金屬支撐（Dissolvable Metal Supports for 3D Direct Metal Printing）》的論文（wén）裏，研究人員在論文中展示了一個帶90度伸出結構（gòu）的3D打（dǎ）印金屬對象。作者（zhě）們認為，這一突破將為重要的金（jīn）屬3D打印創新鋪平道路。尤其是，他們認為該技術將大大減少後（hòu）處理需要（yào）的工作量，從而提高金屬（shǔ）3D技術創建非常複雜結構的能力。

 

研究人員們稱，真（zhēn）正的突破在於那些伸出的表麵，這些地方需要支撐結構以盡量（liàng）減少熱（rè）變形（xíng）。不幸的是（shì），支撐結構都需要大量（liàng）的機加工後處理來去除。在解決這一（yī）問題的時候，科學家們想到了一種常見（jiàn）的（de）工藝——犧牲陽極。犧（xī）牲陽極通（tōng）常用於保護重要部件不被電偶腐蝕（shí），簡單地說就是利用原電池的原理，消耗陽極（原電池的負極）的金（jīn）屬來保護陰極（原電池的正（zhèng）極）金屬（shǔ）。

 

為此（cǐ），科學家們設想通（tōng）過類似的原理將更防化學腐蝕的（de）結構材料（不鏽鋼、AISI-431）與具有較低（dī）耐化學（xué）性的犧（xī）牲（shēng）金屬Metco91碳鋼（gāng）結合起來，前者作為3D打印的主要材（cái）料，後者作為支撐材料，然後用硝酸溶液以犧牲陽極的辦（bàn）法去除支撐（chēng）。“不鏽（xiù）鋼具有（yǒu）優異（yì）的耐硝（xiāo）酸性，而碳鋼迅速能夠被硝酸化學溶解。”他們說。

 

為了說明這個過程，他（tā）們使用一台帶兩個送粉器的OptomecLENSMR-73D打印機（jī）打印了一個用於概念驗證的橋形對象（xiàng），該機器使用的是一種直接（jiē）能量沉（chén）積（DED）3D打印技術。

 

 

 

具體來說，他們（men）3D印的鋼對象，其中間的三分（fèn）之一是由碳鋼組（zǔ）成的，其它三麵則由（yóu）不鏽鋼組成（包括（kuò）頂部（bù））。3D打印後，該部件通過一種電化學蝕刻的方式被暴露在硝酸溶（róng）液中——最初沒有氧（yǎng）氣。但是，在實際（jì）操作中他們發現，刻蝕速度太慢，他們花了（le）10個小時，碳鋼的每一端才去除了1.4毫米。為此他們使用了氧氣（qì）以加速這一過程，並且取得了顯著的成果（見下圖）。“碳鋼剩下（xià）的7毫米在（zài）6個小時內就被去除了。”研究人員們稱。

 

 

就（jiù）是（shì）這樣一個小小的變動，使得可溶性支撐結構突然變得可行。“這種的方法為DED3D打印技術引入了一些新功能（néng），顯（xiǎn）著減少了這一類型的3D打印金（jīn）屬部件所需要的後處（chù）理工作。”研發人員們稱：“這些犧牲材（cái）料材料將使（shǐ）得DED和其他金屬沉積係統能夠借（jiè）助可溶性（xìng）的支撐來3D打印具有任意伸出結構的複雜形狀。”

 

事實上，他們相信，使用特定的化（huà）學溶液，這同樣的原則可以適用於更廣泛的金屬和甚至氧化物。但是這種方法有（yǒu）幾個必須滿足的條件。“具體來說，犧牲陽極必須與零件材料具有冶金（jīn）兼（jiān）容性——它們必須有類似的晶體結構、類似的熱導率（lǜ），相似的熱膨脹係數，並（bìng）且應避免形成有害的金屬間化合物。這種兼容性可以（yǐ）保證犧（xī）牲陽極和組件之間的（de）接口具有足夠的機（jī）械強度以應對金屬3D打（dǎ）印過程中的極（jí）端熱循環所引起的應力。”他（tā）們說。此外，還必須確定一（yī）種腐蝕性電解（jiě）質，與部件材料相比，這種（zhǒng）電（diàn）解（jiě）質（zhì）能夠以相當高的（de）選擇性（>100：1）來溶解犧牲陽極。”