盡管在當下的3D打印領域，金屬3D打（dǎ）印技術是一（yī）大熱點。但是這一技術仍有諸多問題有待解決，其中（zhōng）之一就（jiù）是其金屬製成結構的去除非（fēi）常麻煩，需要通（tōng）過大量的機械加工（這可能損害部件）才能去除。不過（guò），如今這（zhè）一問（wèn）題出現了有望解決的曙光。日前，研究人員（yuán）們（men）剛剛完成了一個可溶性碳鋼結構（gòu）的概念證明，這一（yī）結構是用來支撐（chēng）3D打印不鏽鋼部件的。據悉，這（zhè）是（shì）種（zhǒng）可溶（róng）性金屬支撐解決方案，在這個方案中，碳鋼可以通過一種基於硝酸和氧氣泡（pào）的電化（huà）學刻蝕技術去除掉——而且不會影響不鏽鋼。

 

 

去（qù）支撐後的12mm寬（kuān）金屬3D打印部件，其支撐結構使用了碳鋼材料。支撐去除後還需要進行一些加工和後（hòu）處理，但省去了（le）去（qù）支撐的（de）過程。

 

這一顯著的突破，被發表在了一（yī）篇（piān）名為（wéi）《3D直接金（jīn）屬打印的可溶性金屬支撐（Dissolvable Metal Supports for 3D Direct Metal Printing）》的論文裏，研究人員在（zài）論文中（zhōng）展示了一個（gè）帶90度伸出結構的（de）3D打印金屬對象。作者們認為，這一突破將為重（chóng）要的金（jīn）屬3D打印創新鋪平道路。尤其（qí）是，他（tā）們認為該技術將大大（dà）減（jiǎn）少後處理需要的工作量，從而提高金（jīn）屬3D技術創建非（fēi）常複雜結（jié）構的能力。

 

研（yán）究人員們（men）稱，真正的突破在於那些伸出的表麵，這（zhè）些地方需要支撐結構以（yǐ）盡量減少熱變形。不幸的是，支撐結構都需（xū）要（yào）大量的機加工後處理來去除。在解決這一問題的時候，科學家們想到了一種常見的工藝——犧牲陽極（jí）。犧牲陽極通常用（yòng）於保（bǎo）護重要部件不被電偶腐蝕，簡單（dān）地說就是利用原電池的原理，消耗陽極（原電池的負極）的（de）金屬來保護陰極（原電池的正極）金屬。

 

為此，科學家們設想通過類似的原理將更防化學腐蝕的結構材料（不鏽鋼、AISI-431）與具有較低耐化學性的犧牲（shēng）金屬Metco91碳鋼結合起來，前者作為（wéi）3D打印的主要材料，後者作為支撐材料（liào），然後用（yòng）硝酸溶液以犧牲陽極的辦法去（qù）除支撐。“不（bú）鏽鋼（gāng）具有優異的耐硝（xiāo）酸性，而碳鋼迅速能夠被硝酸化學（xué）溶解。”他們說。

 

為了說（shuō）明這個過程，他們使用一台帶兩個送粉器的OptomecLENSMR-73D打印機打印了一個用於概（gài）念驗證的（de）橋形對象，該機器使用的是一（yī）種直接能量（liàng）沉積（DED）3D打印技術。

 

 

 

具體來說（shuō），他們3D印的鋼對象，其中間的（de）三分之一是由碳鋼組成的，其它三麵則由不鏽鋼組成（包括頂部）。3D打印後，該部件通（tōng）過一種（zhǒng）電化學蝕刻的方式被暴（bào）露在硝酸溶液中——最初沒有氧氣。但是（shì），在實（shí）際操作中他們發現，刻蝕速度太慢，他們花了10個小時，碳鋼的每一端（duān）才去除（chú）了1.4毫米。為此他們（men）使（shǐ）用了氧氣以加速這一過程，並且取得了顯著的成果（見下圖）。“碳鋼剩（shèng）下的7毫米在6個小時內（nèi）就被去除了。”研究人員們稱。

 

 

就是這樣（yàng）一個小小的變動，使得可溶性支撐結（jié）構突然變得可行。“這種的方法為DED3D打印技術引入了一些新功能，顯著減少了這一類型的3D打印金屬部件所（suǒ）需要的後處（chù）理工作。”研發人（rén）員們稱：“這些犧牲材料材料將使得DED和其他金屬沉積係（xì）統能夠借助可溶性的（de）支撐來3D打印具有任意伸出結構的複雜形狀。”

 

事實上，他（tā）們相（xiàng）信，使用特定的化學溶液，這同（tóng）樣的（de）原則可以適用於（yú）更廣泛的金屬和甚至氧化物（wù）。但是這種方法有幾個必須滿足的條件。“具體（tǐ）來說，犧牲陽極必須（xū）與零（líng）件材料具有冶金兼容性——它們必須有類似的（de）晶體結構、類似的熱導率，相似的熱膨脹係數，並且（qiě）應（yīng）避（bì）免形成有害的金屬間化合物。這種兼容性（xìng）可以保證犧牲陽極和組件之間的接口具有足夠的機械強度以應對金屬3D打印過程中的極端熱循環所引起的應力。”他們說（shuō）。此外（wài），還必須（xū）確定一種腐（fǔ）蝕性電（diàn）解質，與部件材料（liào）相（xiàng）比，這種電解質能夠以相當高的選（xuǎn）擇性（>100：1）來溶解（jiě）犧牲陽極。”