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賓夕法尼亞州立大學(xué)T. DebRoy教授等于2019年7月1日在Nature materials雜志上發(fā)表評(píng)論文章，系統(tǒng)地介紹了當(dāng)前金屬3D打印領(lǐng)域面臨的科學(xué)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)及其解決方案。

金屬3D打印具有生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品形狀復(fù)雜（能夠?qū)⒍鄠€(gè)零件整合為一個(gè)零件），一臺(tái)設(shè)備能夠生產(chǎn)不同產(chǎn)品的能力等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于航空航天，定制產(chǎn)品，醫(yī)療，能源，汽車(chē)，船舶和其他行業(yè)。從近年來(lái)全球的金屬3D打印設(shè)備的銷(xiāo)量和專(zhuān)利授權(quán)數(shù)量上可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)金屬3D打印將繼續(xù)增長(zhǎng)。但與傳統(tǒng)的制造工藝相比，當(dāng)前的金屬3D打印產(chǎn)品體積很小，生產(chǎn)率、質(zhì)量控制和可重復(fù)性需要進(jìn)一步提高，因此面臨著許多挑戰(zhàn)（圖1）。

科學(xué)挑戰(zhàn)

科學(xué)挑戰(zhàn)來(lái)自金屬3D打印中的各種加工條件和復(fù)雜的熱循環(huán)，及其對(duì)各種微觀結(jié)構(gòu)特征和缺陷的演變和零件性能所產(chǎn)生的未知影響。目前金屬3D打印的科學(xué)挑戰(zhàn)主要有：工藝-微觀結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系研究進(jìn)展緩慢，微觀結(jié)構(gòu)的精確控制，缺陷演變及其對(duì)性能的影響規(guī)律的掌握，凝固組織特征、晶粒結(jié)構(gòu)、拓?fù)浜涂棙?gòu)的演變規(guī)律的理解。

技術(shù)挑戰(zhàn)

金屬3D打印在工業(yè)中廣泛應(yīng)用所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)有：缺乏資格認(rèn)證，產(chǎn)品的幾何復(fù)雜性與尺寸受限，工藝與打印順序設(shè)計(jì)復(fù)雜，后處理工藝有待完善，安全與健康危害的防護(hù)等。

經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)

除了科學(xué)與技術(shù)上的問(wèn)題，當(dāng)前金屬3D打印還面臨著有成本競(jìng)爭(zhēng)力有待提高，具有工藝兼容性的原材料數(shù)量少，市場(chǎng)份額低，存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘與網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，缺乏標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)和培訓(xùn)等經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。

潛在的解決方案

針對(duì)金屬3D打印領(lǐng)域面臨的科學(xué)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)，提出了可能的解決方案包括：創(chuàng)建可打印性數(shù)據(jù)庫(kù)；開(kāi)發(fā)金屬3D打印領(lǐng)數(shù)學(xué)模型并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化；利用新興的數(shù)學(xué)工具優(yōu)化工藝變量和產(chǎn)品性能；制定工藝與產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)；加強(qiáng)研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)之間的合作等。

參考文獻(xiàn)：

1. DebRoy T, Mukherjee T, Milewski J O, et al. Scientific, technological and economic issues in metal printing and their solutions[J]. Nature materials, 2019(18): 1026–1032.