金属3D打印技术

.,金属3D打印成形,.,先打印生坯件，通过烧结得到金属构件,指打印得到即为金属构件,直接成形,间接成形,1.熔化液滴喷射式成形2.激光烧结式直接成形（低熔点金属熔化）3.激光熔覆式成形4.电子束熔化成形5.电子束熔覆式成形6.微束等离子弧熔覆式成形7.激光熔化式成形,1.黏结剂喷射式成形2.激光烧结式间接成形（黏结剂熔化）,热源不同,.,.,金属3D打印成形分类,.,一.金属熔化液滴喷射式成形(DMM),系统组成,气压模块激振模块温度模块采集和控制电路图像测量模块无痒环境,特点：不需要昂贵能源，成本低没有熔池形成，成形件微观组织细小均匀,压电器件式熔化液滴喷射式成形原理图,.,二.金属激光烧结成形（SLS/DMLS）,直接成形(DMLS),1.高熔点金属粉末和低熔点金属粉末混合而成2.熔化的是低熔点金属,浸润并填充高熔点金属粉末之间间隙，从而将粉末材料黏结成金属构件3.激光功率大4.需要对粉末预热,间接成形(SLS),1.金属粉末和聚合物粉末（黏结剂）混合2.熔化的是黏结剂，浸润金属颗粒表面，黏结剂冷却凝固后，将金属粉末黏结成生坯件3.后处理：加热降解聚合物二次烧结渗金属,激光烧结成形机原理图,.,金属激光烧结工艺特点,二.金属激光烧结成形（SLS/DMLS）,激光烧结成形机原理图,1.粉末发生部分熔化，粉体颗粒保留固相核心，并通过固相颗粒重排、液相凝固黏结实现粉体致密化2.因成型中含未熔固相颗粒，直接导致孔隙率高、致密性低、拉伸强度差、表面粗糙度高3.球化效应严重，不仅增加成形件表面粗糙度，还会导致铺粉装置难以在已烧结层表面铺粉,.,三.金属激光熔覆成形（SLC）,同轴送粉激光熔覆原理图,同步送丝激光熔覆原理图,同轴送粉与同步送丝激光熔覆原理图,侧向送粉缺点扫描时轨迹上各点的粉末运动方向与激光束扫描速度方向间的夹角不一致，造成熔覆轨迹的粗糙与熔覆厚度和宽度的不均匀；送粉位置与激光光斑中心很难对准，少量偏差将会导致粉末利用率下降和熔覆质量的恶化；激光束起不到粉末预热和预熔化的作用，导致激光能量不能被充分利用，造成粘粉、欠熔覆等缺陷。,（3）特点能明显提高熔池所吸收的能量，从而提高沉积效率送丝喷嘴和基板表面夹角4015成形效果最好孔隙率：,.,三.金属激光熔覆成形（SLC）,影响激光熔覆成形件品质的因素,.,三.金属激光熔覆成形（SLC）,DLF打印机系统,通过激光熔覆成形打印机进行试验，分析各种因素对成形件品质的影响,.,三.金属激光熔覆成形（SLC）,熔覆层宽w,熔覆层高H,重熔深度h,W,W,W,W,H,H,H,H,h,h,h,h,h/H,h/H,h/H,h/H,扫描速度h/H变化不大,熔覆层形状,送粉速率h/H略微下降,激光功率h/H,激光能量密度h/H,h/H值是衡量激光能量密度是否合理的判断依据h/H不能超过1，即重熔深度不能大于熔覆层高度,光斑直径2mm、激光功率2000w、送粉速率5.8g/s,光斑直径2mm、送粉速率5.8g/s、扫描速度5mm/s,光斑直径2mm、激光功率1500w、扫描速度5mm/s,光斑直径2mm、激光功率1500w、扫描速度5mm/s,.,三.金属激光熔覆成形（SLC）,能量密度对成形件精度（平整度）影响,扫描方式对拉伸件外观影响,175a,83.3f,125e,250d,108.3i,162.5h,325g,58.3c,87.5b,J/mm能量密度,（a、e、h、i）能密=100-200时，平整度良好（b、c、f）能密100时，中心高度低于边缘，越小越明显(d、g）能密200时，中心高度大于边缘，越大越明显,X向扫描,每层变换相位扫描,轮廓偏置扫描,y向扫描,Xy向与轮廓偏置混合扫描,每层变换相位扫描得到拉伸件外观品质最好,.,四.金属电子束熔化成形（EBM）,扫描信号经数模转换及功率放大后传递给偏转线圈，在对应的偏转电压产生的磁场作用下，电子束发生偏转，达到选择性熔化,原理图,灯丝,阳极,聚焦线圈,偏转线圈,成形过程,.,与激光熔化相比，电子束熔化的优点1.扫描成形可通过操纵磁偏转线圈进行，没有机械惯性2.电子束具有的真空环境还可避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化3.激光偏转需要振镜，需要冷却系统，焦距也很难快速改变，电子束偏转聚焦控制更加快速、灵敏4.电子束偏转聚焦系统不会被金属蒸镀干扰,四.金属电子束熔化成形（EBM）,电子束熔化成形缺陷由于偏转的非线性以及磁场的非均匀性，电子束在大范围扫描时会出现枕形失真，电子束比较难像激光束一样聚焦出细微的光斑，因此成型件难以达到较高的尺寸精度,.,五.金属电子束熔覆成形,同步送丝电子束熔覆式成形原理图,电子束熔化金属丝示意图,小型便携式电子束熔覆成型系统,.,六.金属微束等离子弧熔覆成形,等离子枪原理图,同步送粉微束等离子弧熔覆成形原理图,同步送丝微束等离子弧熔覆成形原理图,.,六.金属微束等离子弧熔覆成形,本工艺关键措施1.基板预热：用微束等离子弧预热基板2.弧长控制：微束等离子弧产生热量随弧长变化而变化弧长对沉积层高有影响，弧长越短，沉积层高越大,L2为弧长,.,七.金属黏结剂喷射式成形,喷射材料（“墨水”）,黏结剂金属粉溶剂金属粉+热塑性黏结剂混合物,相应两种成形工艺,向金属粉层喷射黏结剂成形工艺向已预混聚合物的金属粉层喷射溶剂成形工艺,.,七.金属黏结剂喷射式成形,（或者金属粉）,（或者黏结剂）,黏结剂喷射式成形过程示意图,经过湿混、烘干、碾磨和筛选等工序制成,喷射溶剂,黏结剂溶解，黏结粉层,溶剂蒸发，粉层固化为生坯件,生坯件置于加热炉中，烧结去除黏结剂，然后再经过渗合金达到全密度,.,金属粉末要求：,1.粒度足够细（30-100um）2.能很好吸收黏结剂3.低吸湿性4.易分散，性能稳定,黏结剂要求