科学家们找到了一种 3D 打印金属泡沫的方法，这是一种特殊形式的金属，适用于清洁石油和天然气中的杂质、去除热空调元件的热量、汽车、飞机和其他交通工具的减震和隔音或在生产中。生产泡沫金属的新方法节省了原材料、能源和时间，降低了生产成本。此外，微调材料特性的可能性正在扩大：可以改变零件的一部分到另一部分的孔隙大小和密度。
该技术在《多孔材料杂志》上发表的一篇文章中有所描述。泡沫金属是一类看起来像金属制成的刚性海绵的材料。它们重量轻、多孔且具有高抗压强度。金属泡沫用于过滤器中以去除石油和天然气中的杂质。它还非常适合隔音和隔振，例如嘈杂的船舶发动机舱。此外，由于孔隙的存在，泡沫具有很高的单位体积比表面积，因此它可以作为一种高科技类似的散热片——所谓的板状物，就像从外面伸出来的那样。暖气片，有效地向周围空间散发热量。
制造泡沫金属有两种传统方法：粉末热压和金属熔体用惰性气体发泡。由高级讲师 Stanislav Evlashin 领导的研究团队提出了一种替代方法，该方法有望使制造过程在材料特性的精细控制方面更加高效和可管理。
该研究的第一作者、Skoltech 材料技术中心的高级工程师 Oleg Dubinin 这样解释了泡沫金属直接打印方法的主要本质：“我们采用了激光熔覆这种常见的 3D 打印方法，它最初是设计用于制造整体零件或涂层沉积，以生产泡沫金属。我们已经证明这种方法适用于钛、铝和铝青铜，但还会对其他金属和合金进行实验。它不需要对硬件进行任何修改：仅通过调整一些软件参数，我们就扩展了 3D 打印的可能性。”
打印过程如下：金属粉末以惰性气体流的形式进入激光作用区，激光作用区加热颗粒的表面层，使它们相互融合并与基材融合——这就是获得金属泡沫的方式。与传统激光金属沉积的主要区别在于显著降低的激光功率和精确校准的送粉率。这些参数的正确组合允许您在传统激光熔覆机上打印泡沫金属产品。根据《多孔材料杂志》上一篇文章的作者的说法，就效率和成本而言，直接印刷与传统的金属泡沫制造方法相比具有许多优势。
目前使用的方法涉及两个生产步骤。第一种选择涉及制造多孔金属毛坯，然后通过机加工赋予所需的几何形状。第二种选择是制作模具，然后实际上用它来铸造或压制产品。不管怎样，生产准备阶段的存在会增加原材料和时间的消耗。并且当使用直接打印时，不需要模具加工，也不需要后处理产生的金属屑，一般来说，除了 3D 打印机外，不需要任何其他设备，这也降低了产品的成本。
能源效率指标也很高，因为使用了低功率激光器。与全金属产品的标准激光熔覆相比，辐射功率高出约20倍。
另一个优点与产品中开孔的比例有关。3D 打印使这一数字几乎达到 100% 成为可能，这对于过滤和散热非常重要。开放的毛孔创造了一个与外界沟通的渠道网络。通过泡沫的液体或气流不会进入封闭的孔隙，因此它们对过滤器没有用处。而且它们也无助于热能的耗散。
与生产具有均匀孔隙率的泡沫的传统方法不同，直接打印可以精细控制产品每个点的孔隙大小和密度。假设你可以做这样一个过滤器，孔径随着你从入口点到出口点逐渐减小，从而将它分为粗区和深层清洁区。
甚至泡沫的化学成分也可以通过这种方式改变。例如，如果它用于散热，则建议在与非常热的部件的接触点附近使用高比例的耐热金属，例如钛。当您远离热源时，产品的成分可能会转向更高的含量，例如铝。这种金属的高导热性有助于将热能快速释放到环境中。
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