盡管金屬3D打印幾乎在各方面都擊敗了常見(jiàn)的FDM工藝，但塑料打印仍然在兩場(chǎng)戰(zhàn)役取得了勝利：加工成本及支撐去除難易性。目前金屬打印件支撐去除需要大量機加工（這有可能損毀產(chǎn)(chǎn)品本身），而通過(guò)可溶解支撐的方法大量研究者和制造商在保證塑料打印精度上已取得顯著(zhù)成就（比如為ABS產(chǎn)(chǎn)品生成PLA支撐，支撐可在異丙醇與氫氧化鉀混合液中溶解，而不損傷ABS材料）。

然而，現(xiàn)在金屬在支撐去除方面也有可能取得勝利。因為研究人員剛剛完成了可溶性碳鋼結(jié)構(gòu)的概念驗證，碳鋼可用作3D打印不銹鋼的支撐。在這第一次可溶性金屬支撐解決方案中，碳鋼通過(guò)基于硝酸和氧氣泡的電化學(xué)(xué)方法去除掉，而且不會(huì )對不銹鋼起作用。

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這項重大突破在名為“Dissolvable Metal Supports for 3D Direct Metal Printing”的論文中有詳細介紹，論文中金屬打印件有90度的懸臂結(jié)構(gòu)。根據(jù)文章的作者Owen Hildreth（亞利桑那州立大學(xué)(xué)）、Abdalla Nassar、Timothy Simpson（賓夕法尼亞州立大學(xué)(xué)）以及Kevin Chasse（海軍水面作戰(zhàn)中心）研究成果，這項突破可為金屬3D打印的重大變革鋪平道路。特別是會(huì )大量減少后處理工作量，使得通過(guò)3D打印生產(chǎn)(chǎn)非常復(fù)雜金屬件成為現(xiàn)實(shí)。

根據(jù)研究人員解釋，真正的制造突破在于懸臂結(jié)構(gòu)的表面，這些伸出結(jié)構(gòu)需要支撐來(lái)使熱變形量最小。不幸的是，這會(huì )導(dǎo)致后處理需要大量機加共來(lái)去除支撐。他們披露已有一個(gè)可溶金屬支撐先例：犧牲陽(yáng)極。犧牲陽(yáng)極常用于保護重要部件不發(fā)(fā)生原電池腐蝕，不論是位于同一電解質(zhì)(zhì)的兩種互相接觸金屬還是一種材料不同部位位于不同電解質(zhì)(zhì)（比如船體位于水面上下部分）。發(fā)(fā)生陽(yáng)極氧化的材料具有更負的還原電位，它會(huì )優(yōu)(yōu)先于零件材料被氧化。

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將這一概念應(yīng)用到金屬3D打印上，他們使用了耐化學(xué)(xué)腐蝕的結(jié)構(gòu)材料（AISI 431不銹鋼）和耐腐性較低的支撐材料（Metco 91低碳鋼）。取代海洋鹽水，溶解低碳鋼用的是硝酸溶液?！安讳P鋼具有優(yōu)(yōu)異的耐硝酸腐蝕性能，而碳鋼能夠迅速被硝酸化學(xué)(xué)溶解?！彼麄冋f(shuō)。

為了說(shuō)明這一重要過(guò)程，他們使用Optomec LENS MR-7 3D打印機打印了一個(gè)概念驗證的橋形結(jié)構(gòu)。該打印機有兩個(gè)送粉器，使用的是直接能量沉積（DED，Directed Energy Disposition）3D打印技術(shù)(shù)。在DED成型系統(tǒng)中，金屬粉末或線(xiàn)材被送入熔池，借助激光或者電子束成型?！疤砑擁牟牧線(xiàn)M入熔池，通過(guò)相對能量/材料沉積噴頭移動(dòng)基板來(lái)逐層打印零件?！彼麄兘忉?。

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他們特意打印了一個(gè)實(shí)體鋼塊，零件中間1/3是低碳鋼組成的，周?chē)齻?cè)（包括頂部）是由不銹鋼沉積的。3D打印完成后，塊體在硝酸溶液中進(jìn)行電化學(xué)(xué)腐蝕——剛開(kāi)始沒(méi)有通入氧氣?！霸陔娀瘜W(xué)(xué)分解前，立即把樣品放于丙酮，然后異丙醇，最后N2干燥?！彼麄冄a充道。

但是最初的結(jié)果并不像你所預(yù)期的那么讓人滿(mǎn)意，因為酸液并沒(méi)有精確地腐蝕穿透碳鋼。“對實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)腐蝕速度太慢了，碳鋼兩端各腐蝕掉1.4mm花費了10小時(shí)間?！彼麄冋f(shuō)道，這一結(jié)果可以通過(guò)上面4b圖看到?！巴ㄟ^(guò)向零件碳鋼區(qū)域鼓入氧氣泡，我們顯著(zhù)提高了腐蝕的效率。O2幫助破壞鈍化碳鋼，腐蝕電流形成。它顯著(zhù)提高了腐蝕的速度，剩下7mm碳鋼區(qū)域在6小時(shí)內(nèi)溶解掉?！彼麄兘衣?。

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通過(guò)這樣一小小改動(dòng)，可溶性支撐結(jié)構(gòu)突然變得可行。“這種獨一無(wú)二的方法給DED 3D打印技術(shù)(shù)帶來(lái)了新功能，顯著(zhù)減少了這類(lèi)3D打印金屬件后處理所需要的工作?！毖芯咳藛T們稱(chēng)：“這些陽(yáng)極犧牲材料將使得通過(guò)使用可溶性的支撐，DED和其他金屬沉積系統(tǒng)（如送入線(xiàn)材和PBF）能夠打印具有任意懸臂結(jié)構(gòu)、任意復(fù)雜形狀的零件?！?/span>

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事實(shí)上，他們相信通過(guò)使用特定的化學(xué)(xué)溶液，同樣的原理可以應(yīng)用于更廣泛的金屬甚至氧化物。但是顯然有幾個(gè)要必須滿(mǎn)足的條件。“具體來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極犧牲材料必須與零件材料在冶金上要兼容——它們必須有相似的晶體結(jié)構(gòu)、相似的導(dǎo)熱性能、相似的熱膨脹系數(shù)，并且應(yīng)避免形成不需要的金屬間化合物。這種兼容性保證犧牲陽(yáng)極和產(chǎn)(chǎn)品界面具有足夠的力學(xué)(xué)強度，以處理DED金屬打印過(guò)程中的極端熱循環(huán)(huán)引起的應(yīng)力?！彼麄冋f(shuō):“此外，還必須確定一種腐蝕性電解質(zhì)(zhì)，這種電解質(zhì)(zhì)能夠以相當(dāng)高的選擇性（需要>100：1）來(lái)溶解犧牲陽(yáng)極材料?！?/span>

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但是如果這些條件能夠滿(mǎn)足，這項突破必然能為更多金屬3D打印鋪平道路。MIT的Skylar Tibbits同樣非?？春眠@一方法?！斑@種直接能量沉積技術(shù)(shù)的革命性新方法使用可溶性金屬支撐，沒(méi)必要通過(guò)機加工來(lái)去除陽(yáng)極犧牲材料，為新類(lèi)型的應(yīng)用創(chuàng )(chuàng)造了機會(huì )?！彼f(shuō)道：“我非常期待這項研究能給金屬3D打印的未來(lái)帶來(lái)哪些影響?！?/span>