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金属3D打印

3D打印技术正在快速改变传统的生产方式和生活方式,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3D打印

增材与传统制造对比

3D打印技术是“增材制造”的主要实现形式。所谓“增材制造”是指区别于传统的“去除型”制造,不需要原胚和模具,直接根据计算机图形数据,通过增加材料的方法生成任何形状的物体,最大的优点就是能简化制造程序,缩短新品研制周期,降低开发成本和风险。相比传统制造工艺,3D打印节省原材料,用料只有原来的1/3~1/2,制造速度却快3~4倍。

金属3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术,是先进制造技术的重要发展防线。随着科技发展及推广应用的需求,利用快速直接成型制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。

3D打印特点:精度高;周期短;可实现个性化;材料的多样性成本相对较低。

金属3D打印方法分类

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)技术、选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术、电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting,EBSM)技术和激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping,LENS)技术等。

国内高校中,华南理工大学的研究重点是SLM技术,清华大学以EBSM技术为主,南京航空航天大学和华中科技大学主要研究选区激光烧结技术,也涉及到SLM工艺,西北工业大学深入研究了LENS工艺。

选区激光烧结(SLS)

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选区激光烧结(SLS)技术采用铺粉将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面,并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度,控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描,使粉末的温度升到熔化点,进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后,工作台下降一层厚度,铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末,进行新一层截面的烧结,直至完成整个模型。

SLS优劣势:

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直接金属粉末激光烧结(DMLS)

通过使用高能量的激光束再由3D模型数据控制来局部熔化金属基体,同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠,以生成致密的几何形状的实体零件。这种零件制造工艺被称为“直接金属粉末激光烧结技术(Direct Metal Laser-Sintering)”。

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与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。DMLS是金属粉体成型,有同轴送粉和辊筒送粉两类。同轴送粉的技术适合制造分层厚度在1mm以上物件,大型的金属件;辊筒送粉的产品精细度高,适合制造小型部件,因为制造过程部件很容易热变形。

选区激光熔化(SLM)

SLM技术是在SLS基础上发展起来的,二者的基本原理类似。

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选区激光熔化(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。

SLM优劣势

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应用:

加工标准金属的外观、装配、功能原型。

支撑零件,如夹具、固定装置等。

小批量零件生产。

注射模具。

电子束选区熔化(EBSM)

电子束选区熔化技术(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型的增材制造技术

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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。

EBSM优劣势:

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应用:

人体植入

航空航天小批量零件

野战零件快速制造等方面

激光近净成形(LENS)

激光近净成形(LENS)是在激光熔覆技术的基础上发展起来的一种金属零件3D打印技术。采用中、大功率激光熔化同步供给的金属粉末,按照预设轨迹逐层沉积在基板上,最终形成金属零件。

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该技术只能成形出毛坯,然后依靠数控加工达到其净尺寸,由于适合加工大型零件,送粉式的LENS技术在航空航天零件修复领域有着不可替代的作用。

特点:

可直接制造形状结构复杂的金属功能零件或模具;

可加工的金属或合金材料范围广泛并能实现异质材料零件的制造;

可方便加工熔点高、难加工的材料。

文章转自材易通

,可以参考3D打印手板的资料,