材料接合技术与3D打印机

发表时间:2014/12/1 浏览:19456

标签:材料 打印机  所属专题:模切加工专题

关于异种材料结合技术的特辑时想到了3D打印机。原因是,在3D打印机中也有利用两种以上的材质来实施造型的技术,就组合不同材料这一点而言,能够获得与接合相同的结果。而即便不是异种材料,3D打印机原本也就必须使各层材料接合到一起,从这一点来看,可以说3D打印与接合技术有着非常近似的关系。

  在11月19~20日于东京举行的“产品制造伙伴论坛2014”上,专攻扩散接合技术的厂商WELCON(总部:新潟市)也设置了展位。

       该公司开发的扩散接合技术是将做了平滑处理的部件叠放在一起,施加热和压力,使部件之间的距离接近到原子大小的水平,从而实现接合。部件的接合面如果有凹凸,就无法相互贴紧,因此必须加工得非常平滑。热和压力会使原子做一定程度的运动,由此便可促进两个表面的原子相互结合。该技术虽然要加热,但并不是要达到使材料熔化的温度,属于在固体状态下接合的“固相接合”技术。

       扩散接合本身是上世纪50年代发明的老技术,但随着温度及压力控制技术等相关技术的精度不断提高,现在已能够制造极高精度的部件。例如,可加工出带大量40μm细孔的块状部件。制造时将通过蚀刻加工出大量细孔的板材一层层堆积起来,利用扩散接合技术使其一体化,从而制作出有着大量40μm细小贯通孔的数十mm的部件。虽然每个孔都很小,但其数量众多,因此内部的表面积非常大。也就是说,该部件可以作为极小型的热交换器使用。这样一来,“可将尺寸跟大号冰箱差不多的装置减至相当于两个柑橘包装箱的大小”(WELCON常务董事田冈健)。

       在电子相关领域,该加工技术还能制作出高效率的处理器冷却用散热片。例如使处理器超频工作时,也就是以快于规定时钟频率的速度来驱动处理器时,就需要冷却效果高一些的散热片,而WELCON就能制作这样的产品,而且很轻松就超过了在某网站上排名第一的散热片。“这是2014年1月为了能赶上展会紧急制造出来的,如果做得更精细一些,性能还可以提高约3成”(田冈)。

       此外,利用扩散接合技术还可制造出将钢板内部替换成网眼状其他材料的板材。外观看上去就是一块普通的钢板,但实际上它却具备与铜同等的热导率,同时线膨胀系数与嵌在内部的材料相同。“对于存在受热会引起位移及破裂问题的用途,有望发挥作用”(田冈)。这种材料虽然并不是对异种材料实施强力接合,但在铜、铝合金等异种材料接合方面也表现不俗。


       不过,与展示接合技术本身相比,WELCON更重视应用接合技术的产品及部件。田冈表示,“由于压力施加方法不同,有时会导致细孔破裂,而接合前部件形状不理想的话又会受到变形影响,导致无法顺利接合,因此在设计时,从一开始就要避免这些问题。我们在结构设计技术及热流体分析技术方面也投入了很大精力,但技术人员不足的状况一直让人苦恼”。

       下面再回到热交换器的层叠堆积制造方法,究竟是属于去除加工还是增材加工呢?笔者认为是增材加工。“虽然是以前就知道原理的技术,但却随着最近控制技术的进步而有了新的用武之地”,从这一点来看,接合技术有很多地方都与3D打印机如出一辙。


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