中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

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2019年 9月25日-27日 | 上海世博展览馆

在金属表面进行“油墨”标记将大大提高切削能力

2018-08-06

日常生活中的永久性标记、胶棒和包装胶带可能为制造业提供惊人的低技术解决方案:这些日用品使得柔软性佳、延展性好、或者所谓的“粘性”金属将更容易被切割分离。

 

普渡大学和西佛罗里达大学的研究人员在《物理评论应用》上发表论文讲到,油墨和粘合剂之所以会起作用,不是因为它们的化学成分,而是它们在任何“粘性”金属表面(如镍、铝、不锈钢或铜)都具有粘性。与目前的加工工艺相比,这些粘合剂使得粘合表面更平滑、更清洁、更易切割,这将应用于骨科植入物、手术器械及航空航天部件的制造等。

 

西佛罗里达大学机械工程系助理教授、普渡大学校友James Mann说:“众多产品的制造都会用到粘性金属的加工工艺。这些可能是我们日常中使用的东西,例如水龙头的阀门;也可能是更为重要的东西,例如飞机喷气式发动机中的压缩机部件。”

 

如果对粘性金属或合金的“可加工性”(即切割、钻孔、研磨的难易程度)进行大幅度的提升,那将可能会降低产品的成本、改善其性能,得到新型的工艺设计

 

普渡大学工业工程系的教授Srinivasan Chandrasekar解释道:“粘性金属的特征是以弯曲扭动的方式变形,这种不确定的金属流动性将造成大量的能源消耗,即这些金属比硬质金属需要使用更多的机械加工力。我们需要找到一种方法来抑制这种不确定的金属流动性。”

 

Chandrasekar还说:“克服扭动性会导致金属在需要切割分离的地方像陶瓷、玻璃一样易碎。众所周知,用合适的液态金属涂覆在粘性金属表面,会使粘性金属具有脆性,例如在铝表面涂覆镓。然而,这类液态金属往往会通过表面扩散粉碎掉整个金属,这将导致无法进行加工使用。”

 

其他的尝试也没有取得成功,不是因为有毒,就是会导致加工表面上产生裂纹。于是,研究人员开始探索其他的可以干净切割的优良化学介质。

 

他们发现,用油墨标记、或在金属表面附上任何的粘合剂都可以大大降低切割力,并且不会分离整个金属,在几秒钟内保持干净的切割。然而,永久性标记、胶棒和胶带并不是最初的解决方案。

 

该研究的第一作者、普渡大学工业工程系的博士后研究员Anirudh Udupa说:“我们研究了永久性油墨和金属表面上的每一种化学成分,并没有什么发现。所以我们意识到它不是一种特殊的化学物质,而是油墨本身通过物理吸附机制粘附在金属上的。”

 

无论是什么切割工具,记号笔和粘合剂适普遍适用于大多数粘性金属。普渡大学工业工程系博士后研究员Koushik Viswanathan说:“现在,我们找到了实验失败的问题所在。这一切都回到了这种摇摆不定的金属流动性。例如,有些人可能一直试图在困难状态而非软状态下切削铜。”

 

据研究人员表示,永久性标记、胶水或胶带会令粘性金属更易加工,而不会对环境造成任何危害。接下来,Chandrasekar的研究小组将评估最适合切割粘性金属的粘性程度,并将该技术应用于实际工业生产。