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3D打印技术的分类

更新时间: 2019-09-17 17:51:50  查看次数: 50    

电子束熔化技术


电子束熔化技术(ElectronBeamMelting,EBM)是一种以高能电子束为能量源的直接金属成型工艺,在增材制造领域有着非常重要的地位。打印工作台在开始打印之前预热,以减少3D打印过程产生的热应力,从而保证打印部件的尺寸精度。同时工作空腔被抽真空,能够保证电子束不受残留气体的影响,电子束在磁感应线圈的导引下,聚焦并且选择性熔化金属粉末。当一层完成以后,金属粉末就容器中流出来铺在已经加工完成的上一层上,重复上面的过程,直至一个完成实体加工完毕。


与激光增材制造技术相比,电子束熔化技术具有以下优势:真空熔炼的质量可保证材料的高强度;真空环境排除了产生杂质的可能;能熔炼难熔金属,并且可以将不同的金属熔合;整机的实际总功率较高等。但它也有明显的劣势,比如它需要真空的工作环境,机器就需要多配备一个附加系统,增加了成本;电子束技术的操作过程会产生有害射线;更重要的是EBM用的粉末颗粒直径相对较大,约在45-105μm之间,EBM的粉末层厚度在50-150μm之间,电子束束斑直径大,这些因素在增加工作效率的同时,也降低了它的制造精度,电子束熔化技术成形的零件表面粗糙度远大于激光选区熔化技术制造的产品。


激光增材制造技术


激光熔覆沉积技术(LaserMetalDepostition,LMD),激光选区烧结技术(SelectiveLaserSintering,SLS),激光选区熔化技术(Selectivelasermelting,SLM)同属于激光增材制造技术,这一概念首先由美国Sandia国家实验室提出,且于1988年德克萨斯大学成功研制了世界第一台激光快速成形的设备。顾名思义,因为它们都是使用大功率的激光来熔化金属粉末。激光熔覆沉积技术类似于传统意义上的快速成型技术(RapidPrototyping,RP),通过激光熔化金属粉末后从特制的喷嘴里喷出液相的金属,与此同时计算机控制喷嘴的轨迹,在沉积基板上层层堆积,形成三维结构的金属部件,这种技术存在的主要问题是熔覆层之间有开裂倾向,将大大降低打印金属部件的机械性能。


选择性激光烧结是采用红外激光器作能源,使用的原材料多为粉末状。加工时,首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度,然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平;激光束在计算机控制下根据片层处理后的每一个横截面的信息进行选择性的烧结,一层完成后再进行下一层烧结,全部烧结完后去除多余的粉末,就完成了一个整体结构产品的打印。


激光选择性熔化技术采用大功率激光熔化金属粉末,通常能量密度超过106W/cm2。激光在扫描镜子发生反射,将能量传递到打印基板上的粉末,从而将粉末熔化。两个扫描镜子固定在两个高精度电机上面,电机驱动扫描镜子,可以精确的高速的将激光移动到打印平面的任意位置。当一层完成以后,打印平台下降一层的厚度,再铺上一层粉末,重复上面的过程,直至整个实体打印完毕。由于使用激光作为熔化源,打印空腔里面充满保护气体,它不会受到保护气体的影响,本课题由于使用的金属粉末是钛合金粉末,保护气体采用高纯度氩气,保证金属粉末在被熔化和冷却的过程中不发生氧化,最终成型产品机械性能不发生变化,同时符合医用钛合金要求。SLM和SLS的不同点在于SLS所使用的是经过处理的具有不同熔点的混合金属粉末,激光扫描时低熔点的金属先熔化而高熔点的金属粉末是不熔化的,利用先熔化的液相金属包裹未被熔化的金属粉末实现黏结成型,所以实体存在孔隙,和LMD一样,层与层界面之间有裂开倾向,力学性能差,要使用的话还要经过高温重熔。SLM是选择性激光熔化,顾名思义也就是在加工的过程中用激光使粉体完全熔化,不需要黏结剂。它使用的金属粉末颗粒直接在30μm左右,属于超细粉末,铺粉的厚度可以小于100μm,最低甚至可以达到20μm,层面之间的加工精度可以达到30μm,激光光斑相对于其他技术也是最小的,可以获得较为理想的表面粗糙度,粗糙度Ra可达30-50μm,因此激光选区熔化成型的精度和力学性能都比SLS要好,可以直接成型接近完全致密的金属部件。
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