近年來，增材制造技術得到了發展迅速并在以下領域顯示出巨大的應用潛力航空航天、醫學、能源和汽車。金屬添加劑在整個增材制造中具有最大的發展潛力制造技術，并將在未來發揮重要作用制造業。粉末床融合（PBF）和定向能沉積（DED）是金屬增材制造的兩種主流技術。雖然關于這兩種技術已經有很多研究，但是現在仍然面臨加工精度低、能源利用效率低、粉體利用率低、制造成本高等問題。從發展的角度來看金屬制造趨勢和用戶要求，這些問題必須解決，而且需要進一步普及金屬增材制造技術。

與主流增材制造技術相比，直寫金屬增材制造技術(DWMAM)采用集成嵌入式加熱裝置，能源效率高，制造成本低。DWMAM是一種基于金屬粉末或純熔融金屬連續擠壓的沉積成形技術。N’jock 等人將基于poloxmer的水凝膠與金屬(100Cr6)粉末混合形成膏狀油墨，用柱塞擠壓膏狀油墨形成金屬網格結構。除柱塞外，螺桿擠出機還可用于漿料狀油墨的擠出。例如，Singh等人在2021年使用螺桿擠出機將SS 17-4PH合金顆粒與聚合物混合制成膏狀墨水。Kurose等人在2020年使用裝載316 L不銹鋼顆粒的實心絲作為原料。裝載金屬粉末的金屬絲被送入熱擠出機，加熱成糊狀墨水，隨后被送入金屬絲擠出。雖然上述研究的擠壓方法和油墨配方不同，但都需要在孔口附近有粘彈性流體來精確控制3D打印的流量。

中國石油大學（華東）機械與電子工程學院張彥振教授團隊相關研究成果以題“Ultrasonic-assisted direct writing metal additive manufacturing technique”發表在國際著名期刊Journal of Materials Processing Tech上。

鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924013622003417

圖1.（a） UADWMAM裝置示意圖和（b）超聲波輔助熱擠出機。

圖2.超聲波輔助熱擠出機的設計。（a）超聲波輔助熱擠出機的模擬分析和（b）阻抗特性。

圖3.玻璃管中的超聲輔助實驗。（a）超聲波換能器驅動電路波形;（b）-（h）玻璃管中的氣蝕過程。

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圖4.超聲波輔助熔融液滴滴過程。（a）超聲波作用的熔融金屬滴落過程;（b）無超聲波作用下的熔融金屬的滴落過程;（c）沒有超聲波輔助的五次實驗的總阻塞;（d）超聲波輔助下五次實驗的總阻塞。

圖 5.（a）有和沒有超聲波作用的熔融金屬液滴的滴落周期和（b）液滴質量。

圖 6.帶或不帶超聲波輔助的單程書寫金屬線。

圖 7.不同寫入速度下單程書寫的實驗結果.（a）單程書寫金屬線的宏觀形貌;（b）截面圖不同的位置;（c）-（d）從截面視圖測量的寬度和高度;（e）寫入質量和進料質量的比較。圖中所示的偏差為根據在三個位置測量的值計算。

圖 8.使用和不使用超聲波的不同形狀的 3D 金屬零件。（a） 3D金屬零件的書寫速度慢;（b） 3D金屬零件的書寫速度快;（c）方形的3D零件。

圖 9.具有不同層間粘接強度的均勻3D金屬零件。（a）彈簧形均勻三維金屬零件;（b）彈簧形狀的剖視圖均勻的3D金屬零件;（c）環形均勻的3D金屬零件;（d）環形均勻的3D金屬零件的剖視圖。

圖 10.不同形狀的3D金屬零件，具有良好的成型質量。（a） 100-分層 3D 零件;（b）具有傾斜角度的 3D 零件;（c）大尺寸傾斜三維零件;（d）具有不同傾斜度的3D零件。

圖 11.成型件相同位置的顯微組織（a）具有和（d）無超聲波輔助，寫入速度為10 mm/s。（b）顯微硬度成型件。成型件相同位置的顯微組織（c）具有和（e）無超聲波輔助，寫入速度為16.67 mm / s。張力的骨折形態（F）有和（H）沒有超聲輔助。（g）三維成型零件的應力-應變曲線。

綜上所述，超聲波輔助直接錄入金屬增材可以制造一種在擠出機孔口處增強熔融流速穩定性的技術。低成本和簡單基于桌面金屬增材制造原型設備的提出了以下原則。

基于超聲波輔助熱擠出機構建仿真結果。超聲波輔助裝置得到優化通過模擬，使其能夠實現共振。金屬液與單程書寫實驗進行。經驗證，超聲波輔助可有效避免爐渣堵塞的發生，使孔口處的熔融金屬更穩定。得益于熔融金屬流出的穩定性及其長期性寫入能力，UADWMAM技術能夠使得3D金屬零件具有光滑的表面和出色的成型精度。雖然使用低熔點金屬進行演示，但UADWMAM的原理與高熔點金屬兼容，只要熱擠出機具有熔化它們的能力。是的預計UADWMAM技術可用于開發臺式金屬打印機，進一步降低制造業中金屬添加劑的成本。