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温故而知新,详解几种常见的金属3D打印技术

时间:2021-08-14 10:12 来源:材料基 作者:admin 阅读:
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        金属3D打印被认为是所有3D打印的顶点。谈到强度和耐用性,没有什么能比得上金属。最早的金属3D打印专利是DMLS(直接金属激光烧结),由德国EOS在1990年代获得。从那时起,金属3D打印逐渐发展出了许多种类的打印工艺。现在,每台金属3D打印机通常都会使用以下四类工艺中的一种:粉末床融合、粘合剂喷射、直接能量沉积和材料挤压。

△金属3D打印

金属粉末床熔化(Metal Powder Bed Fusion)

常用工艺:DMLS(直接金属激光烧结)、SLM(选择性激光熔化)和EBM(电子束熔化)。
描述:使用PBF熔化技术生产的金属零件可以减少残余应力和内部缺陷,成为航空航天汽车工业中苛刻应用的理想选择。

直接金属激光烧结(DMLS):可用于几乎任何金属合金构建物体。直接金属激光烧结在要打印的表面上散布一层非常薄的金属粉末。激光缓慢而稳定地穿过表面以烧结这种粉末,金属内部颗粒融合在一起,即使没有被加热到完全熔化状态。然后施加并烧结额外的粉末层,从而一次“打印”物体的一个横截面。打印完成后,物体会慢慢冷却,多余的粉末可以从构建室中回收并循环使用。DMLS的主要优点是它生产的物体没有残留应力和内部缺陷,这对于高应力下的金属部件(例如航空航天或汽车零件)极为重要,而主要缺点是非常昂贵。

选择性激光熔化(SLM):使用高功率激光将每一层金属粉末完全熔化,而不仅仅是烧结,这样产生的打印物体非常致密和坚固。目前,这项工艺只能用于某些金属,例如不锈钢、工具钢、钛、钴铬合金和铝。SLM制造过程中出现的高温梯度也会导致最终产品内部出现应力和错位,从而损害物理性能。

电子束熔化(EBM):与选择性激光熔化非常相似,能够生成致密的金属结构。这两种技术的区别在于EBM使用电子束而不是激光来熔化金属粉末。目前,电子束熔化只能用于有限数量的金属。尽管也可以使用钴铬合金,但钛合金仍是这种工艺的主要原材料。这项技术主要用于制造航空航天工业的零件。

技术优点:可以高精度制造几乎任何几何形状。使用金属范围广泛,包括最轻的钛合金和最坚固的镍高温合金,这些都是传统制造技术难以加工的。机械性能可以比肩锻造金属,能够像传统制造金属零件一样进行机械加工、涂层和处理。
技术缺点:材料、机械和操作成本高。零件必须通过支撑结构(以防止翘曲)连接到构建板上,这会产生废料并需要手动后处理移除。构建尺寸有限,并且金属粉末处理具有危险性,需要严格的过程控制。

△PBF粉末床熔化

金属粘合剂喷射(Metal Binder Jetting)

常用工艺:MJF(多喷射熔合)、NPJ(纳米粒子喷射)
描述:这项技术使用喷墨将一种粘合剂选择性滴在平坦的粉末床上。接收液滴的区域将被固化,其余粉末保持松散。逐层进行以上步骤,直到生成整个对象。使用这项工艺可以处理金属、沙子、陶瓷等材料。由于金属粘合剂喷射机在室温下运行,不会发生翘曲且不需要支撑。因此,粘合剂喷射机可以比粉末床融合机大得多,并且可以堆叠物体,充分利用整个构建室,是小批量生产和按需制造的流行选择。
技术优点:可以大体积打印,零件不需要连接到构建板上,因此可以嵌套以利用所有可用的构建体积。对几何体限制较少,通常不需要支撑。不会发生翘曲,因此可以制作更大的零件。打印速度非常快,比粉末床熔融金属打印成本更低。
技术缺点:部件在打印后必须经过耗时的脱脂和炉烧结过程,机器和材料成本高。孔隙率高于粉末床熔合,因此机械性能不那么好,且可选材料较少。

△粘合剂喷射3D打印

(责任编辑:admin)

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