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金属3D打印

文章来源:MM《现代制造》 点击数:982 发布时间:2017-09-12
大量术语呈现在对3D打印感兴趣的人们面前。MM编辑人员对金属3D打印工艺进行概括并发现:其实并没有想象的那么多。
金属3D打印

在了解缩略语之前,例如SLM(选择性激光熔化技术)、EBM(电子束熔融)、LMD(激光金属沉积)或者金属粉末应用(MPA),最好先了解金属粉末熔化成型技术和通常使用激光执行的堆焊之间的区别。在金属粉末熔化成型技术中,使用喷料器将一薄层金属材料堆积到成型平台上,然后使用激光或者电子束将这些材料熔融为所需形状。接下来,可稍微降低成型加工仓,然后将另一层金属粉末喷涂在物体上。如此采用逐层构建的方式构造组件。

本技术包括选择性激光熔化技术(SLM,德文:SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)和激光金属熔融(LMF)。平均粉末粒度在20 ~50 μm,但在粒度长达100 μm时,也可进行印刷操作。

雷尼绍采用金属粉床熔化SLM(选择性激光熔化技术)进行打印

将成型平台预加热至刚好低于熔融温度,如此不仅有助于最大限度降低激光能量消耗,而且有助于防止组件变形,此外,构建室内含有氮气。根据雷尼绍公司(Renishaw)的说明,仅在零件的悬吊角度超过45°时,本流程才有必要使用支撑结构。从根本上而言,支撑结构通常可补偿张紧力。在开始构建过程之前,当扫描速度升高且使用一半激光能量输入时,可产生张紧力。这是雷尼绍、Trumpf、日本松蒲、3D Systems、Concept Laser、EOS以及SLM解决方案等此类公司使用最为广泛的操作方法。

进一步的粉末成型熔化工艺是电子束熔融(EBM)。可根据是否使用电子束来区分该技术与选择性激光熔化技术。因为需要保持真空条件,所以加工仓必须保持完全密封。另外,不需要进行预热,因为高速扫描速度足以提供预加热效果。如此该流程不仅速度更快,而且也会产生更多热量。高速扫描的另一个好处就是:可以将电子光束进行分割,从而实现在多处同时融化粉末。如果遇到需要考虑精细结构的情况,则这一优势又会变为劣势,因为电子束比激光束要宽。电子束熔融(EBM)打印机是由瑞典公司Arcam生产的。

沉积工艺:激光金属沉积(LMD)与金属粉末应用(MPA)

在沉积过程中,局部喷嘴可以喷涂粉末。此流程也不需要支撑结构。这是激光金属沉积以及金属粉末应用技术之间的差别。LMD表示的是激光金属沉积,也被称为直接能量沉积(DED)、金属粉末直接沉积(DMD)以及激光熔覆技术。在此工艺中,粉末以保护气流的形式通过喷嘴,然后在激光熔融平台上进行熔融。

因此可以在局部施加材料。根据OR激光,介于40~90 μm之间的粉末颗粒最为适用,且最好选择低进给速度。这一过程尤为适用于维修、涂料作业、接缝或用于不同材料的零件。

这甚至适用于接收不同粉末容器送料的设备。因此其可混合自身的合金和打印夹层结构。激光金属沉积也可用于混合加工设备,其中切削技术可与增材制造工艺配合使用。DMG MORI就是这样的范例之一。

无需配合激光, 即可使用金属粉末应用(MPA)。其主要代表产品就是Hermle Maschinenbau。通过运载气体,粉末颗粒可快速进行速化反应,并可将反应后的粉末喷涂在基底或之前的打印层上。在这个过程中,粉末和表面都会迅速变形,进而形成粘结接触表面。凭借可覆盖面积达几毫米且构建速度每小时超过200 cm3的粉末流,热喷涂工艺可在中等到大尺寸组件表面上构建体积较大的构件。此处列举了几种材料组合。制造商可以将本增材工艺与切削设备相结合,同时进行使用。