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金屬3D打印

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產(chǎn)品簡介

金屬3D打印技術(shù)與原理金屬3D打印技術(shù)可大致分為兩個(gè)主要大類：粉末床熔合技術(shù)（Powderbedfusion，PBF）和定向能量沉積技術(shù)（Directedenergydeposition，DED）

詳細(xì)介紹

金屬3D打印技術(shù)與原理

金屬3D打印技術(shù)可大致分為兩個(gè)主要大類：粉末床熔合技術(shù)（Powder bed fusion，PBF）和定向能量沉積技術(shù)（Directed energy deposition，DED）。這兩種技術(shù)都可以根據(jù)所使用的能源類型進(jìn)一步分類。在 PBF 技術(shù)中，熱能選擇性地熔化粉末層區(qū)域。PBF技術(shù) 的主要代表性工藝有：選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS）、選擇性激光熔化成形（Selective Laser Melting，SLM）、直接金屬激光燒結(jié)（Direct Metal Laser Sintering，DMLS ）和電子束熔化成形（Electron beam melting，EBM）。在 DED技術(shù)中，通過使用聚焦的熱能來熔化材料（粉末或絲狀）而沉積。一些常用的 DED 技術(shù)包括激光工程化凈成形（Laser engineered net shaping，LENS）、直接金屬沉積（ Direct metal deposition，DMD）、電子束自由成形制造（Electron beam free form fabrication，EBFFF）和電弧增材制造。目前商用金屬3D打印采用的技術(shù)是以下三種：

1）選擇性激光熔化(Selective Laser Melting ,SLM)
2）直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)（Direct Metal Laser Sintering,DMLS）

選擇性激光熔化（SLM）和直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）是屬于粉末床融合3D打印族的兩種金屬增材制造工藝。這兩種技術(shù)有許多相似之處：都使用采用 Yb（鐿）光纖激光掃描并選擇性地熔融（或熔化）金屬粉末顆粒，將它們粘合在一起并逐層構(gòu)建零件。直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）是一種利用高能量的激光束（200 W），根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)直接燒結(jié)金屬粉末薄層（20~60 μm）形成致密的實(shí)體零件,DMLS與SLM的原理基本相同，主要區(qū)別在于粉末的性質(zhì)。

金屬3D打印視頻

技術(shù)工藝原理:SLM技術(shù)是利用金屬粉末在激光束的熱作用下熔化、經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)。激光束掃描開始前，利用鋪粉輥均勻地在成形缸的基板上鋪上一層很薄的金屬粉末，計(jì)算機(jī)控制激光束對(duì)當(dāng)前層進(jìn)行選擇性激光熔化，熔化的金屬粉末冷卻固化后，成形缸降低一個(gè)單位高度，粉料缸上升一個(gè)單位高度，鋪粉輥在加工好的片層之上重新鋪好金屬粉末，激光束開始掃描新一層，如此層層疊加，直至整個(gè)零件成形。SLM 的整個(gè)加工過程在惰性氣體保護(hù)的加工室中進(jìn)行，以避免在高溫下金屬發(fā)生氧化。

DMLS:通過使用高能量的激光束再由3D模型數(shù)據(jù)控制來局部熔化金屬基體，同時(shí)燒結(jié)固化粉末金屬材料并自動(dòng)地層層堆疊，以生成致密的幾何形狀的實(shí)體零件。DMLS是金屬粉體成型，有同軸送粉和輥筒送粉兩類。同軸送粉的技術(shù)適合制造分層厚度在1mm以上物件，大型的金屬件。輥筒送粉的產(chǎn)品精細(xì)度高，適合制造小型部件，因?yàn)橹圃爝^程部件很容易熱變形。 SLM-金屬3D打印樣品

在計(jì)算機(jī)上繪制好CAD三維實(shí)體零件模型，將其轉(zhuǎn)換成STL文件格式，，再利用切片軟件將文件切分成一定厚度的一系列有序片層。燒結(jié)開始前，將金屬粉末預(yù)熱到低于燒結(jié)點(diǎn)某一溫度后，一側(cè)的供粉缸上升至給定量，鋪粉滾筒將粉末均勻地鋪在粉末床上表面，激光束在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制下，按照設(shè)定的功率及速度對(duì)層截面輪廓進(jìn)行掃描。激光束掃過之后，粉末燒結(jié)成給定厚度的實(shí)體輪廓片層，未被燒結(jié)的粉末作為支撐，這樣零件的層燒結(jié)完成。這時(shí)，粉末床下移一個(gè)分層厚度，供粉缸上移，鋪粉滾筒重新鋪粉，激光束進(jìn)行下一個(gè)分層的燒結(jié)，前后燒結(jié)的實(shí)體片層自然粘接為一體，如此
循環(huán)往復(fù)，逐層堆疊，直至三維實(shí)體零件燒結(jié)完成。

3）電子束熔化成形技術(shù)(Electron beam melting technology,EBM)

電子束熔化成形（EBM）是另一種以 PBF為基礎(chǔ)的增材制造工藝，在真空環(huán)境中，采用高能高速的電子束選擇性地熔化金屬粉末層或金屬絲，熔化成形，層層堆積直至形成整個(gè)實(shí)體金屬零件。在 EBM 中加熱的鎢絲發(fā)射高速電子，然后由兩個(gè)磁場控制，即聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈。聚焦線圈作為磁性透鏡，將光束聚焦到所需直徑至 0.1 mm，而偏轉(zhuǎn)線圈使聚焦光束在所需點(diǎn)偏轉(zhuǎn)以掃描金屬粉末。當(dāng)電子高速撞擊金屬粉末時(shí)，它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，熔化金屬粉末。電子束熔3D打印樣品

技術(shù)工藝原理:先將平臺(tái)加熱到一定溫度后，按預(yù)設(shè)厚度均勻地將金屬粉末鋪在平臺(tái)上，每個(gè)粉末層掃描分為預(yù)熱和熔化兩個(gè)階段。在預(yù)熱階段，通過使用高掃描速度的高電子束多次預(yù) 熱粉末層（預(yù) 熱溫度高達(dá)0.4~0.6Tm）；熔化階段，用低掃描速度的低電子束來熔化金屬粉末。當(dāng)一層掃描完成后，臺(tái)面下降，重新鋪放金屬粉末層，重復(fù)該過程直到形成所需的金屬部件。EBM整個(gè)工藝在102~103 Pa 的高真空下進(jìn)行。

金屬3D打印材料：不銹鋼GP1、鋁合金、模具鋼MS1、鈦合金Ti64、高溫合金、鋁鎂合金AlSi10Mg、鎳合金in718、青銅貴金屬等

金屬3D打印流程圖

①3d數(shù)字模型

②激光將金屬顆粒熔化在一起

③連續(xù)逐層形成部件及其支撐

④去除松散的粉末

⑤經(jīng)過高溫回火熱處理

⑥去除支撐

⑦部件完成

⑧打磨噴砂拋光

金屬3D打印設(shè)計(jì)規(guī)則

1)室壁厚度
在3D打印中，壁厚是指模型的一個(gè)表面與相對(duì)的透明表面之間的距離。通常您可以使用的最小壁厚為1 mm。適用的最小壁厚可能會(huì)因零件的幾何形狀和尺寸等因素而有所不同。這樣沒有壁厚，但請(qǐng)記住，較厚的區(qū)域可能會(huì)增加零件的應(yīng)力，這可能會(huì)導(dǎo)致變形并可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的構(gòu)建過程。

2)細(xì)節(jié)大小
使用金屬3D打?。∕3DP）在打印時(shí)，可以獲得非常精細(xì)的細(xì)節(jié)（小至0.5 mm）。細(xì)節(jié)大小是指模型表面與細(xì)節(jié)表面之間的距離。字母也被視為細(xì)節(jié)，但它們的規(guī)格取決于它們是雕刻還是壓花。對(duì)于雕刻文字或表面細(xì)節(jié)，我們建議字母的最小線寬為0.4毫米，最小總高度為0.4毫米，最小深度為0.15毫米。對(duì)于浮雕文字或表面細(xì)節(jié)，我們建議字母的線條厚度至少為0.4毫米，整體高度至少為0.4毫米，深度至少為0.15毫米。

3)表面質(zhì)量和方向
零件的堆積方向?qū)Ρ砻尜|(zhì)量有很大影響，因?yàn)樗x了零件表面相對(duì)于水平面或底板的方向。相對(duì)于構(gòu)建板測量小于45°的角度（β）傾向于導(dǎo)致較差的表面質(zhì)量，而大于45°的陡角可能具有更好，更光滑的表面。懸垂結(jié)構(gòu)（例如桌子的下側(cè)）可能具有差的表面質(zhì)量。

4)熱誘導(dǎo)應(yīng)力
您在3D模型進(jìn)行金屬3D打印，這基本上是一種分層焊接工藝。分層粉末熔化及其固化在熔化的粉末冷卻時(shí)導(dǎo)致熱致應(yīng)力。不適合M3DP的設(shè)計(jì)可能由于大的熱致應(yīng)力而導(dǎo)致構(gòu)建失敗和/或部件變形。因此，在設(shè)計(jì)零件時(shí)必須考慮特定于工藝的限制。我們建議您在設(shè)計(jì)中將邊緣修圓或填角，最小半徑為3 mm。此外，出于同樣的原因避免鋒利的邊緣。盡量避免大量材料堆積，并且通常有利于有邊形設(shè)計(jì)的有機(jī)形狀

5)尺寸精度
尺寸精度與模型的細(xì)節(jié)無關(guān)，但與標(biāo)稱測量的偏差無關(guān)。 3D打印的一般精度為±0.2％（下限為±0.2 mm）。請(qǐng)注意，由于設(shè)計(jì)不符合D打?。∕3DP）和高熱應(yīng)力，也可能出現(xiàn)形狀偏差。

6)支撐
金屬3D打?。∕3DP）是一種分層制造工藝。該部件是根據(jù)數(shù)字文件逐層構(gòu)建的。根據(jù)零件表面的方向，可能需要支撐結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)也必須在制造過程中進(jìn)行打印。支撐結(jié)構(gòu)使您的模型在打印過程中與構(gòu)建平臺(tái)剛性連接并吸收內(nèi)部應(yīng)力，同時(shí)還可防止零件變形。通常需要支持相對(duì)于構(gòu)建平臺(tái)測量角度低于45°的壁或懸垂，否則會(huì)導(dǎo)致構(gòu)建錯(cuò)誤。成功構(gòu)建零件后，移除支撐件并對(duì)部件進(jìn)行噴砂處理。移除支撐結(jié)構(gòu)的一些痕跡可能仍然可見。

7)粉末去除
制作空心模型時(shí)，重要的是在設(shè)計(jì)中至少包含一個(gè)孔，以便可以去除腔內(nèi)包含的未使用的粉末。盡量使用最小1毫米的壁厚，并保持至少一個(gè)最小直徑為3毫米的開口。該開口將用作被困打印部件內(nèi)未使用的粉末的出口。較大且復(fù)雜的空腔需要具有較大直徑的多個(gè)孔，優(yōu)選為7mm。模型中心的孔通常是，因?yàn)樗鼈兛梢匀コ蟛糠址勰?必須避免在中空部分區(qū)域中的粉末捕集器，以便能夠去除中空部分內(nèi)的粉末。

4、金屬3D打印后處理效果：打磨、拋光、噴砂，啞光、亮光處理。歡迎咨詢！