科学家利用电化学技术对3D打印的金属物品进行精细塑形

来源：cnBeta.COM

萨尔大学（Saarland University）的研究人员开发了一种非接触式方法，可以将3D打印的金属零件转换成用于专业应用的高精度技术零件。这项新技术利用电化学加工（ECM）将增材制造的金属部件后加工成具有复杂几何形状和几千分之一毫米尺寸公差的精密零件。这种方法旨在改善在汽车和航空航天等行业中必须满足极其严格的尺寸要求的应用中3D打印金属零件的实现。

萨尔大学（Saarland University）的DirkBähre教授解释说：“我们的后加工增材制造金属零件的技术提供了一种经济高效的方法，可以生产高精度功能性表面，用于要求严格公差的应用，它使大量零件可以高效，经济地进行后处理。”

萨克兰大学的DirkBähre教授（左），与他的研究小组成员Stefan Wilhelm

满足特殊应用的尺寸要求
复杂的技术系统，例如为汽车，飞机或火箭提供动力的发动机，是由大量高度专业化的金属部件制成的。通常，为了确保这些零件完美地装配在一起并能够承受极端的机械应力，必须非常精确地制造它们中的每一个。 “公差可能在微米范围内，”Bähre教授解释说，他与萨尔大学的研究团队一起开发了新的后处理方法。

从引擎零件到解剖模型，金属3D打印已经成为制造具有复杂几何形状的组件的既定方法。然而，研究人员指出，经常在许多专业应用中逐层构造零件的3D打印不能满足极其严格的尺寸要求。并且在某些情况下，零件的几何形状可能过于复杂，无法通过常规金属3D打印来生产。

因此，巴勒教授和他的团队设定了精炼3D打印金属零件的目标，以使它们的尺寸精确到几千分之一毫米。研究小组是精密加工和精加工领域的专家，他们开发了新颖的技术，将金属3D打印与ECM相结合，这是一种通过电化学工艺去除金属的方法。通过电化学去除材料，即使是最复杂的几何形状也可以用最坚硬的金属制成。 Bähre解释说：“我们的非破坏性，非接触式制造技术使我们能够高效地加工具有复杂几何形状的零件，即使是由高强度材料制成的零件。”

DirkBähre教授（右）与研究员Shiqi Fang（左）和他的研究小组的技术助理Stefan Wilhelm（中）

通过电化学加工对3D打印金属进行后处理
Bähre教授的工艺是将3D打印的金属零件浸入流动的电解液中，然后将其电化学加工成所需的几何形状，公差可达千分之几毫米。研究人员解释说，这可以在没有任何机械接触的情况下完成，并且不会对工件施加任何机械应力。为此，工程师仅需要电源即可。高电流在工具（阴极）和导电工件（阳极）之间流动，在这种情况下，导电工件为3D打印金属部件。然后将金属零件浸入导电流体（电解质）中，电化学加工过程会导致从工件表面去除微小的金属颗粒。

工件表面上的金属原子以带正电的金属离子的形式进入溶液，使工件可以非常精确地获得所需的几何形状。 “通过调节电流脉冲的持续时间和工具的振动，我们可以非常均匀地去除表面材料，从而留下特别光滑的表面并实现高尺寸精度，”贝厄尔教授补充道。

研究人员严格检查了所使用的不同金属以及所涉及的各个工艺步骤，以便对这种方法有透彻的了解。 “通过认真检查工艺技术和材料性能，我们可以改进和优化电化学方法，从而以更高的精度获得甚至更光滑的表面或更复杂的几何形状，”Bähre教授解释说。

该团队进行了许多实验，其中他们首先3D打印金属零件，然后确定如何优化后续的电化学加工阶段以产生所需的结果。 “我们详细研究了不同的材料和工艺参数如何相互作用，然后确定如何配置整个生产工艺，”贝勒教授总结道。