打印件性能评估：提升效率与质量

金属结构的机械性能是决定其承载能力与应用范围的重要因素。图5.11为直接3D打印成型结构与浇铸成型结构的纳米压痕硬度值比较结果。从10个不同位置取点进行压痕硬度测试，打印结构的硬度范围分布为0.12～0.22 GPa，浇铸成型结构的硬度范围分布为0.04～0.07 GPa。直接3D打印成型结构的压痕硬度明显高于浇铸成型结构，主要原因是由于粗糙的微观晶粒结构有助于提升金属零件整体的机械性能［16］。测试样本的杨氏模量如图5.12所示，直接3D打印成型样品的平均杨氏模量值为17.81 GPa，浇铸成型样品的平均杨氏模量值为15.78 GPa。使用两种工艺方法获得的In61Bi26 Sn9 Ga4宏观实体结构，其力学性能均比较差，限制了低熔点金属在承载环境中的使用。但是，由于金属材料出色的导电性能，结合宏观三维结构的成型能力，将为功能性电子器件的直接制备提供可能。

图5.11　直接3D打印与浇铸成型结构纳米压痕硬度值［14］

图5.13为不同温度条件下通过四探针法测量得到的3D打印与浇铸成型样本的电阻率。当环境温度在295～320 K范围时，随着温度的上升，3D打印成型样本的电阻率从0.5566μΩ·m增至0.7222μΩ·m，浇铸成型样本的电阻率从0.5955μΩ·m增至0.7994μΩ·m。从图中可以明显看出，温度相同的条件下浇铸成型样本的电阻率高于直接3D打印成型样本，主要原因是由于相对于浇铸成型样本细小的晶粒结构，直接3D打印成型样本中粗糙的晶粒结构更有利于电子通过晶粒边界进行流动［17］。较低的电阻率使得低熔点金属通过直接3D打印工艺制备三维立体电路或其他结构型电子功能器件成为可能。(www.xing528.com)

图5.12　直接3D打印与浇铸成型结构的杨氏模量［14］

图5.13　打印与浇铸成型结构的电阻率［14］