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3d打印中5种金属3D打印技术原理

2019-07-02

3d打印中5种金属3D打印技术原理,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主要金属3D打印工艺有:包括选择性激光烧结技术、直接金属粉末激光烧结、选择性激光熔化技术、激光近净成形技术和电子束选择性熔化技术等。

一、选择性激光烧结(SLS)

选择性激光烧结,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。

二、选择性激光熔化(SLM)

SLM技术是在SLS基础上发展起来的,二者的基本原理类似。SLM技术需要使金属粉末完全熔化,直接成型金属件,因此需要高功率密度激光器激光束开始扫描前,水平铺粉辊先把金属粉末平铺到加工室的基板上,然后激光束将按当前层的轮廓信息选择性地熔化基板上的粉末,加工出当前层的轮廓,然后可升降系统下降一个图层厚度的距离,滚动铺粉辊再在已加工好的当前层上铺金属粉末,设备调入下一图层进行加工,如此层层加工,直到整个零件加工完毕。整个加工过程在抽真空或通有气体保护的加工室中进行,以避免金属在高温下与其他气体发生反应。

三、电子束选择性熔化(EBSM)原理

类似激光选择性烧结和激光选择性熔化工艺,电子束选择性熔化技术(EBSM)是一种采用高能高速的电子束选择性地轰击金属粉末,从而使得粉末材料熔化成形的快速制造技术。EBSM技术的工艺过程为:先在铺粉平面上铺展一层粉末;然后,电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化,金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起,并与下面已成形的部分粘接,层层堆积,直至整个零件全部熔化完成;最后,去除多余的粉末便得到所需的三维产品。上位机的实时扫描信号经数模转换及功率放大后传递给偏转线圈,电子束在对应的偏转电压产生的磁场作用下偏转,达到选择性熔化。经过十几年的研究发现对于一些工艺参数如电子束电流、聚焦电流、作用时间、粉末厚度、加速电压、扫描方式进行正交实验。作用时间对成型影响最大。

四、激光熔覆式成型技术(LMD)

激光熔化沉积(Laser Metal Deposition,LMD)于上世纪90年代由美国Sandia国家实验室首次提出,随后在全世界很多地方相继发展起来,由于许多大学和机构是分别独立进行研究的,因此这一技术的名称繁多,虽然名字不尽相同,但是他们的原理基本相同,成型过程中,通过喷嘴将粉末聚集到工作平面上,同时激光束也聚集到该点,将粉光作用点重合,通过工作台或喷嘴移动,获得堆积的熔覆实体。

五、直接金属粉末激光烧结(DMLS)

SLS制造金属零部件,通常有两种方法,其一为间接法,即聚合物覆膜金属粉末的SLS;其二为直接法,即直接金属粉末激光烧结(DirectMetalLaserSintering, DMLS)。自从1991年金属粉末直接激光烧结研究在Leuvne的Chatofci大学开展以来,利用SLS工艺直接烧结金属粉末成形三维零部件是快速原型制造的最终目标之一。与间接SLS技术相比,DMLS工艺最主要的优点是取消了昂贵且费时的预处理和后处理工艺步骤。

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