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详解5种金属3D打印技术

时间:2017-02-14 08:22 来源:南极熊 作者:中国3D打印网 阅读:

 3D打印技术正在快速改变传统的生产方式和生活方式,作为战略性新兴产业,美国、德国等发达国家高度重视并积极推广该技术。当然我国的3D打印技术也在不断的发展,在2017年的达沃斯论坛中国国家主席就在发表题为《共担时代责任 共促全球发展》的主旨演讲中就提到3D打印、人工智能等新技术不断涌现,但尚未形成新的经济增长点。不少专家认为,以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印技术为代表的新制造技术将推动第三次工业革命。金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术,是先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展及推广应用的需求,利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有:包括选区激光烧结(Selective Laser Sintering, SLS)技术、直接金属粉末激光烧结(Direct  Metal  Laser Sintering,DMLS)、选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping, LENS)技术和电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting, EBSM)技术等。

国外对金属零件3D打印技术的理论与工艺研究相对较早。虽然我国在技术上落后于这些欧美大国,但是经过这些年国内的技术的不断积累,一些厂家也都推出了自己的商品化的金属3D打印机,接下来小编就直接制造金属功能零件的快速成型的主要方法进行了归纳总结。

选区激光烧结(SLS) 

选择性激光烧结技术(SLS)最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard于1989年在其硕士论文中提出的, 选区激光烧结,顾名思义,所采用的冶金机制为液相烧结机制,成形过程中粉体材料发生部分熔化,粉体颗粒保留其固相核心,并通过后续的固相颗粒重排、液相凝固粘接实现粉体致密化。美国DTM公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备SinterSation。德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作,并开发了相应的系列成型设备。国内有如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等,多家单位进行SLS的相关研究工作,也取得了重大成果。 

SLS 技术原理及其特点 

整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成,工作粉末缸活塞(送粉活塞)上升,由铺粉辊将粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均匀铺上一层,计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹,有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。完成一层后,工作活塞下降一个层厚,铺粉系统铺上新粉,控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复,层层叠加,直到三维零件成型。

详解5种金属3D打印技术

SLS工艺采用半固态液相烧结机制,粉体未发生完全熔化,虽可在一定程度上降低成形材料积聚的热应力,但成形件中含有未熔固相颗粒,直接导致孔隙率高、致密度低、拉伸强度差、表面粗糙度高等工艺缺陷,在SLS 半固态成形体系中,固液混合体系粘度通常较高,导致熔融材料流动性差,将出现 SLS 快速成形工艺特有的冶金缺陷——“球化”效应。球化现象不仅会增加成形件表面粗糙度,更会导致铺粉装置难以在已烧结层表面均匀铺粉后续粉层,从而阻碍SLS 过程顺利开展。

由于烧结好的零件强度较低,需要经过后处理才能达到较高的强度并且制造的三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。在SLS出现初期,相对于其他发展比较成熟的快速成型方法,选择性激光烧结具有成型材料选择范围广,成型工艺比较简单(无需支撑)等优点。但由于成型过程中的能量来源为激光,激光器的应用使其成型设备的成本较高,随着2000 年之后激光快速成形设备的长足进步(表现为先进高能光纤激光器的使用、铺粉精度的提高等),粉体完全熔化的冶金机制被用于金属构件的激光快速成形。选择性激光烧结技术(SLS)已被类似更为先进的技术代替。 

(责任编辑:中国3D打印网)

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