盡管（guǎn）在當下（xià）的3D打印領域，金屬3D打印技術是一大（dà）熱點。但是這一（yī）技術仍有諸多問題有待解決，其中之一就是其金屬製成結構的去除非常麻煩，需要通過大量的機械（xiè）加工（這可能（néng）損害部件）才能去除。不（bú）過，如今這一問題出現了有（yǒu）望解決的曙光。日前，研究人員們（men）剛剛（gāng）完成了一個可溶性碳鋼結構的（de）概念證明，這一結構是用來支（zhī）撐3D打印不鏽鋼部件的（de）。據悉，這是種可溶（róng）性金屬支撐解決（jué）方案，在這個方案中，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（xiù）鋼。

 

 

去支撐（chēng）後的12mm寬（kuān）金屬3D打印部件，其支撐結構使用（yòng）了（le）碳鋼材料。支撐去（qù）除後還需要進行一些加工和（hé）後處理，但省去了去支撐的過程。

 

這一顯著的突破，被發表在了一篇（piān）名為《3D直接金屬打（dǎ）印的（de）可溶性金屬支撐（Dissolvable Metal Supports for 3D Direct Metal Printing）》的論文裏，研究人員在論文中展示（shì）了一個帶90度伸（shēn）出結構的3D打印金屬對象。作者們認（rèn）為，這一突破將（jiāng）為重要的金屬3D打印創（chuàng）新（xīn）鋪平道路（lù）。尤其是（shì），他們認為該技術將大大減少後（hòu）處理需要的（de）工作量（liàng），從（cóng）而（ér）提高金屬3D技術創建非常複雜結構的能力（lì）。

 

研究人員們稱，真正的（de）突破在於那些（xiē）伸出的表麵，這些地方需要支撐結構以盡量減少熱（rè）變形（xíng）。不幸的是，支撐結構都需要大量的機加工後處（chù）理來去除。在解決這一問題的時候，科學家們想到了一種常（cháng）見的工藝（yì）——犧牲陽極（jí）。犧牲陽極通常用於保護重要部件不（bú）被電偶腐蝕，簡單地（dì）說就是利（lì）用原電池（chí）的原理，消耗（hào）陽極（原電池（chí）的負極（jí））的金屬來保護陰極（原電池的正極）金屬。

 

為此，科學家們（men）設想通過類似的原理將更防化學（xué）腐蝕（shí）的結構材料（不鏽鋼、AISI-431）與具有較低耐化學性的犧牲金屬Metco91碳鋼結合起來，前者作為3D打印的主要材（cái）料，後者作（zuò）為支撐材料，然後（hòu）用硝（xiāo）酸溶液以犧牲陽極的（de）辦法（fǎ）去除（chú）支撐。“不鏽鋼（gāng）具有優異的（de）耐硝酸性，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，他們使（shǐ）用一台帶兩（liǎng）個送粉器的OptomecLENSMR-73D打印機打印了一（yī）個用（yòng）於概念驗證的橋形對象（xiàng），該機器（qì）使用的是一種（zhǒng）直接能量沉（chén）積（DED）3D打印技術。

 

 

 

具體（tǐ）來說，他們3D印的鋼對象，其中間的三分之一是由碳鋼組成的，其它三麵則由不鏽鋼（gāng）組成（包括頂（dǐng）部）。3D打印後，該部件通過一種電化（huà）學蝕刻的方式被暴露在硝（xiāo）酸溶液中——最初沒有氧氣。但是，在（zài）實際操作中他們（men）發現，刻蝕速度太慢，他們花了10個小時，碳鋼的每一端才去除（chú）了1.4毫米。為此他們使用了（le）氧氣以加速這一過程（chéng），並且取得了（le）顯（xiǎn）著的成果（見（jiàn）下圖）。“碳鋼剩下的7毫米在6個小時內就被去除了。”研究人員們稱。

 

 

就是這樣一個小小的（de）變動，使得可溶性支撐結（jié）構突然變得可行。“這種的方法為DED3D打印技術引入了一（yī）些（xiē）新功能，顯著減少了這一類型的（de）3D打印金屬部件所需要的後處（chù）理工作。”研發人員們稱：“這些犧牲材料（liào）材料將使得DED和其他金屬沉積係統能夠借助可溶性的（de）支撐來3D打印具有任（rèn）意伸出結（jié）構的複雜形狀。”

 

事實上，他們相信，使用特定（dìng）的化學溶液，這同樣的（de）原則可以適（shì）用於更廣泛（fàn）的金屬和甚至氧（yǎng）化物。但是這種方法有幾個必須（xū）滿足的條件。“具體來說（shuō），犧牲陽極必須與零件材料具（jù）有冶金兼容性——它們必（bì）須有類似的晶體結（jié）構、類似（sì）的熱導率，相（xiàng）似的熱膨脹係數，並且（qiě）應避免形成有害的金屬間化合物。這種兼容性可以保證（zhèng）犧牲陽極和組件之間的（de）接口具有足（zú）夠（gòu）的機械（xiè）強度以應對金（jīn）屬3D打印（yìn）過程中的極端熱循環所引起（qǐ）的應力。”他們說。此外，還必須確定（dìng）一種腐蝕性電解質，與部件材料相比，這種電解質能夠以相當高的選（xuǎn）擇性（>100：1）來溶解犧牲陽極。”