金屬3D打印技術(shù)

1、金屬金屬3D3D打印成形打印成形先打印生坯件，通過(guò)燒結(jié)得到金屬構(gòu)件指打印得到即為金屬構(gòu)件直接成形間接成形1.熔化液滴噴射式成形2.激光燒結(jié)式直接成形（低熔點(diǎn)金屬熔化）3.激光熔覆式成形4.電子束熔化成形5.電子束熔覆式成形6.微束等離子弧熔覆式成形7.激光熔化式成形1.黏結(jié)劑噴射式成形2.激光燒結(jié)式間接成形（黏結(jié)劑熔化）熱源不同.金屬3D打印成形分類一.金屬熔化液滴噴射式成形(DMM)系統(tǒng)組成 氣壓模塊 激振模塊 溫度模塊 采集和控制電路 圖像測(cè)量模塊 無(wú)癢環(huán)境特點(diǎn)：不需要昂貴能源，成本低 沒(méi)有熔池形成，成形件微觀組織細(xì)小均勻壓電器件式熔化液滴噴射式成形原理圖壓電器件式熔化液滴噴射式成形原理圖

2、二.金屬激光燒結(jié)成形（SLS/DMLS）直接成形(DMLS)1.高熔點(diǎn)金屬粉末和 低熔點(diǎn)金屬粉末混合 而成2.熔化的是低熔點(diǎn)金 屬,浸潤(rùn)并填充高熔點(diǎn) 金屬粉末之間間隙， 從而將粉末材料黏結(jié) 成金屬構(gòu)件3.激光功率大4.需要對(duì)粉末預(yù)熱間接成形(SLS)1.金屬粉末和聚合物粉 末（黏結(jié)劑）混合2.熔化的是黏結(jié)劑，浸 潤(rùn)金屬顆粒表面，黏 結(jié)劑冷卻凝固后，將 金屬粉末黏結(jié)成生 坯件3.后處理：加熱降解聚 合物 二次燒結(jié) 滲金屬激光燒結(jié)成形機(jī)原理圖金屬激光燒結(jié)工藝特點(diǎn)二.金屬激光燒結(jié)成形（SLS/DMLS）激光燒結(jié)成形機(jī)原理圖1.粉末發(fā)生部分熔化，粉體顆粒保留固相核心，并通 過(guò)固相顆粒重排、液相凝固黏結(jié)

3、實(shí)現(xiàn)粉體致密化2.因成型中含未熔固相顆粒，直接導(dǎo)致孔隙率高、致 密性低、拉伸強(qiáng)度差、表面粗糙度高3.球化效應(yīng)嚴(yán)重，不僅增加成形件表面粗糙度，還會(huì) 導(dǎo)致鋪粉裝置難以在已燒結(jié)層表面鋪粉三.金屬激光熔覆成形（SLC）同軸送粉激光熔覆原理圖同步送絲激光熔覆原理圖同軸送粉與同步送絲激光熔覆原理圖側(cè)向送粉缺點(diǎn) 掃描時(shí)軌跡上各點(diǎn)的粉末運(yùn)動(dòng)方向與激光束 掃描速度方向間的夾角不一致，造成熔覆軌 跡的粗糙與熔覆厚度和寬度的不均勻； 送粉位置與激光光斑中心很難對(duì)準(zhǔn)，少量偏 差將會(huì)導(dǎo)致粉末利用率下降和熔覆質(zhì)量的惡化； 激光束起不到粉末預(yù)熱和預(yù)熔化的作用，導(dǎo)致激光 能量不能被充分利用，造成粘粉、欠熔覆等缺陷。（3）特點(diǎn)

4、 能明顯提高熔池所吸收的能量，從而提高沉積效率 送絲噴嘴和基板表面夾角40 15成形效果最好 孔隙率： 三.金屬激光熔覆成形（SLC）影響激光熔覆成形件品質(zhì)的因素激光功率掃描速度送粉速率激光能量 密度成型截面 填充模式三.金屬激光熔覆成形（SLC）DLF打印機(jī)系統(tǒng) 通過(guò)激光熔覆成形打印機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，分析各種因素對(duì)成形件品質(zhì)的影響三.金屬激光熔覆成形（SLC）熔覆層寬 w熔覆層高H重熔深度hW WW WW WW WH HH HH HH Hh hh hh hh hh/Hh/Hh/Hh/Hh/Hh/Hh/Hh/H掃描速度掃描速度h/Hh/H變化不大變化不大熔覆層形狀送粉速率送粉速率 h/H h/H略微

5、下降略微下降激光功率激光功率 h/H h/H激光能量密度激光能量密度 h/H h/Hh/H值是衡量激光能量密度是否合理的判斷依據(jù)h/H不能超過(guò)1，即重熔深度不能大于熔覆層高度光斑直徑2mm、激光功率2000w、送粉速率5.8g/s光斑直徑2mm、送粉速率5.8g/s、掃描速度5mm/s光斑直徑2mm、激光功率1500w、掃描速度5mm/s光斑直徑2mm、激光功率1500w、掃描速度5mm/s三.金屬激光熔覆成形（SLC）能量密度對(duì)成形件精度（平整度）影響掃描方式對(duì)拉伸件外觀影響175 a 83.3 f125 e250 d108.3 i162.5 h325 g58.3 c87.5 b J/mm

6、能 量 密 度（a、e、h、i）能密=100-200時(shí)，平整度良好（b、c、f）能密100時(shí)，中心高度低于邊緣，越小越明顯(d、g）能密200時(shí)，中心高度大于邊緣，越大越明顯X向掃描每層變換相位掃描輪廓偏置掃描y向掃描Xy向與輪廓偏置混合掃描每層變換相位掃描得到拉伸件外觀品質(zhì)最好四.金屬電子束熔化成形（EBM） 掃描信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換及功率放大后傳遞給偏轉(zhuǎn)線圈，在對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)電壓產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，達(dá)到選擇性熔化原理圖原理圖燈絲燈絲陽(yáng)極陽(yáng)極聚焦線圈聚焦線圈偏轉(zhuǎn)線圈偏轉(zhuǎn)線圈成形過(guò)程成形過(guò)程 與激光熔化相比，電子束熔化的優(yōu)點(diǎn)1.掃描成形可通過(guò)操縱磁偏轉(zhuǎn)線圈進(jìn)行，沒(méi)有機(jī)械慣性2.電子束具有的

7、真空環(huán)境還可避免金屬粉末在液相燒結(jié)或熔化過(guò)程中被氧化3.激光偏轉(zhuǎn)需要振鏡，需要冷卻系統(tǒng)，焦距也很難快速改變，電子束偏轉(zhuǎn)聚焦 控制更加快速、靈敏4.電子束偏轉(zhuǎn)聚焦系統(tǒng)不會(huì)被金屬蒸鍍干擾四.金屬電子束熔化成形（EBM） 電子束熔化成形缺陷 由于偏轉(zhuǎn)的非線性以及磁場(chǎng)的非均勻性，電子束在大范圍掃描時(shí)會(huì)出現(xiàn)枕形失真，電子束比較難像激光束一樣聚焦出細(xì)微的光斑，因此成型件難以達(dá)到較高的尺寸精度五.金屬電子束熔覆成形同步送絲電子束熔覆式成形原理圖電子束熔化金屬絲示意圖小型便攜式電子束熔覆成型系統(tǒng)六.金屬微束等離子弧熔覆成形等離子槍原理圖同步送粉微束等離子弧熔覆成形原理圖同步送絲微束等離子弧熔覆成形原理圖六.金

8、屬微束等離子弧熔覆成形本工藝關(guān)鍵措施1.基板預(yù)熱：用微束等離子弧預(yù)熱基板2.弧長(zhǎng)控制：微束等離子弧產(chǎn)生熱量隨 弧長(zhǎng)變化而變化 弧長(zhǎng)對(duì)沉積層高有影響，弧 長(zhǎng)越短，沉積層高越大L2為弧長(zhǎng)七.金屬黏結(jié)劑噴射式成形 噴射材料（“墨水”）黏結(jié)劑 金屬粉 溶劑 金屬粉+熱塑性黏結(jié)劑混合物相應(yīng)兩種成形工藝向金屬粉層噴射黏結(jié)劑成形工藝向已預(yù)混聚合物的金屬粉層噴射溶劑成形工藝七.金屬黏結(jié)劑噴射式成形（或者金屬粉）（或者黏結(jié)劑）黏結(jié)劑噴射式成形過(guò)程示意圖 經(jīng)過(guò)濕混、烘干、碾磨和篩選等工序制成噴射溶劑黏結(jié)劑溶解，黏結(jié)粉層溶劑蒸發(fā)，粉層固化為生坯件生坯件置于加熱爐中，燒結(jié)去除黏結(jié)劑，然后再經(jīng)過(guò)滲合金達(dá)到全密度金屬粉末要求：1.粒度足夠細(xì)（30-100um）2.能很好吸收黏結(jié)劑3.低吸濕性4.易分散，性能穩(wěn)定黏結(jié)劑要