盡管金屬FDM技術具有諸多優點，但其脫脂過程仍面臨挑戰。傳統的脫脂方法包括有機溶劑脫脂、催化脫脂、水脫脂和熱脫脂等，這些方法往往需要復雜的操作流程和有毒化學試劑的使用，增加了制造成本和環境負擔。特別是對于較厚的零件，僅依靠熱脫脂可能會導致鼓泡或開裂等問題，使得無化學試劑的金屬FDM制造工藝成為亟待解決的問題。因此開發一種無需使用化學脫脂劑且能有效避免結構損傷的金屬FDM工藝，對于推動薄壁金屬結構的實際應用具有重要意義。
針對上述問題，由中國科學院金屬研究所、大連交通大學等組成的研究團隊利用澤攸科技ZEM系列臺式掃描電鏡進行了深入研究，他們共同探索了通過金屬熔融沉積建模（FDM）技術結合熱脫脂工藝，制備無需使用化學脫脂劑的薄壁金屬結構，并驗證了其能量吸收能力的提升效果，研究結果為復雜薄壁金屬結構的安全高效制造提供了新思路。相關成果以《Fabrication of Thin-Walled Metal Structures with Enhanced Energy Absorption Capabilities by Metal-Fused Deposition Modeling without Using Debinding Chemical Reagents》為題發表在《Advanced Engineering Materials》期刊上，原文鏈接：doi.org/10.1002/adem.20
論文的主要研究內容圍繞通過金屬熔融沉積建模（FDM）技術結合熱脫脂工藝，制備高性能薄壁金屬結構展開。研究團隊首先探討了金屬FDM技術的基本原理和打印過程，使用包含316L不銹鋼粉末和粘合劑的Ultrafuse 316L絲材作為原料。通過工業級FDM打印機完成打印，并優化了打印參數，如打印溫度、床溫、打印速度和層高等，以確保打印件具有高密度和良好的表面質量。打印后的綠色零件中，不銹鋼粉末被粘合劑均勻包裹，但由于高金屬粉末含量，部分區域形成了小孔隙，這些孔隙在后續脫脂和燒結過程中對材料性能有重要影響。
隨后研究重點轉向熱脫脂工藝的開發與優化，團隊通過熱重分析（TGA）確定了粘合劑的分解溫度范圍，并設計了在真空和氬氣環境下的熱脫脂方案。研究表明，粘合劑的熱降解主要發生在260°C至400°C之間，其中380°C是重量變化最快的溫度點。為了驗證熱脫脂的效果，團隊系統研究了不同厚度樣品在熱脫脂過程中可能出現的鼓泡和開裂現象。結果表明，當壁厚小于0.45毫米時，可以有效避免這些缺陷，而隨著壁厚增加，內部氣體壓力升高會導致結構變形或開裂。這為后續工藝參數的選擇提供了重要的指導。
在成功完成熱脫脂后，團隊對棕色零件進行了燒結處理。燒結過程分為兩個階段：首先將溫度升至600°C以去除剩余的骨架粘合劑，然后升溫至1380°C并保持180分鐘，以促進顆粒之間的燒結頸形成，從而獲得高密度的金屬零件。通過對燒結后材料的微觀結構進行表征，發現燒結過程中孔隙逐漸閉合并球化，最終形成了由奧氏體晶粒組成的致密結構，且晶粒內部存在退火孿晶。這種微觀結構特征表明，通過熱脫脂和燒結工藝成功制備出了高性能的316L不銹鋼。
最后團隊對燒結后材料的力學性能進行了全面測試。通過硬度測試和拉伸試驗，證明了該方法制備的316L不銹鋼具有約144 HV的硬度、189 MPa的屈服強度和407 MPa的極限抗拉強度，這些性能與傳統金屬FDM工藝結合化學脫脂劑制備的材料相當。此外，團隊還通過準靜態壓縮實驗評估了薄壁金屬結構的能量吸收能力，結果表明其能量吸收性能優于激光粉末床熔融（LPBF）技術制備的類似結構。這一研究不僅展示了無化學脫脂劑金屬FDM技術的可行性，還為復雜薄壁金屬結構在能量吸收領域的應用提供了新的制造策略。
澤攸科技ZEM系列臺式掃描電鏡是一款集成度高、便攜性強且經濟實用的科研設備。它具備快速抽真空、高成像速度、多樣的信號探測器選擇，適用于形貌觀測和成分分析，還能適配多種原位實驗需求。該設備對安裝環境要求低，不挑樓層，操作簡單，非專業人士也能快速上手，且購買及維護成本均低于落地式掃描電鏡，現已成為許多高校、研究所和企業的優先選擇的設備之一。
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