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3d打印中5種金屬3D打印技術原理

2019-07-02

3d打印中5種金屬3D打印技術原理,隨著科技發展及推廣應用的需求,利用快速成型直接製造金屬功能零件成為了快速成型主要的發展方向。目前可用於直接製造金屬功能零件的主要金屬3D打印工藝有:包括選擇性激光燒結技術、直接金屬粉末激光燒結、選擇性激光熔化技術、激光近淨成形技術和電子束選擇性熔化技術等。

一、選擇性激光燒結(SLS)

選擇性激光燒結,顧名思義,所采用的冶金機製為液相燒結機製,成形過程中粉體材料發生部分熔化,粉體顆粒保留其固相核心,並通過後續的固相顆粒重排、液相凝固粘接實現粉體致密化。

二、選擇性激光熔化(SLM)

SLM技術是在SLS基礎上發展起來的,二者的基本原理類似。SLM技術需要使金屬粉末完全熔化,直接成型金屬件,因此需要高功率密度激光器激光束開始掃描前,水平鋪粉輥先把金屬粉末平鋪到加工室的基板上,然後激光束將按當前層的輪廓信息選擇性地熔化基板上的粉末,加工出當前層的輪廓,然後可升降係統下降一個圖層厚度的距離,滾動鋪粉輥再在已加工好的當前層上鋪金屬粉末,設備調入下一圖層進行加工,如此層層加工,直到整個零件加工完畢。整個加工過程在抽真空或通有氣體保護的加工室中進行,以避免金屬在高溫下與其他氣體發生反應。

三、電子束選擇性熔化(EBSM)原理

類似激光選擇性燒結和激光選擇性熔化工藝,電子束選擇性熔化技術(EBSM)是一種采用高能高速的電子束選擇性地轟擊金屬粉末,從而使得粉末材料熔化成形的快速製造技術。EBSM技術的工藝過程為:先在鋪粉平麵上鋪展一層粉末;然後,電子束在計算機的控製下按照截麵輪廓的信息進行有選擇的熔化,金屬粉末在電子束的轟擊下被熔化在一起,並與下麵已成形的部分粘接,層層堆積,直至整個零件全部熔化完成;最後,去除多餘的粉末便得到所需的三維產品。上位機的實時掃描信號經數模轉換及功率放大後傳遞給偏轉線圈,電子束在對應的偏轉電壓產生的磁場作用下偏轉,達到選擇性熔化。經過十幾年的研究發現對於一些工藝參數如電子束電流、聚焦電流、作用時間、粉末厚度、加速電壓、掃描方式進行正交實驗。作用時間對成型影響最大。

四、激光熔覆式成型技術(LMD)

激光熔化沉積(Laser Metal Deposition,LMD)於上世紀90年代由美國Sandia國家實驗室首次提出,隨後在全世界很多地方相繼發展起來,由於許多大學和機構是分別獨立進行研究的,因此這一技術的名稱繁多,雖然名字不盡相同,但是他們的原理基本相同,成型過程中,通過噴嘴將粉末聚集到工作平麵上,同時激光束也聚集到該點,將粉光作用點重合,通過工作台或噴嘴移動,獲得堆積的熔覆實體。

五、直接金屬粉末激光燒結(DMLS)

SLS製造金屬零部件,通常有兩種方法,其一為間接法,即聚合物覆膜金屬粉末的SLS;其二為直接法,即直接金屬粉末激光燒結(DirectMetalLaserSintering, DMLS)。自從1991年金屬粉末直接激光燒結研究在Leuvne的Chatofci大學開展以來,利用SLS工藝直接燒結金屬粉末成形三維零部件是快速原型製造的最終目標之一。與間接SLS技術相比,DMLS工藝最主要的優點是取消了昂貴且費時的預處理和後處理工藝步驟。

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