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3D打印金属的创新之路

更新时间: 2024-12-18 09:09:23  查看次数: 43    
1993 年的时候,Mazumder 这些人用金属熔融沉积技术打印出了很致密的铝金属,而且机械性能还不错,这也就开始了对这种技术的深入研究。金属熔融沉积技术具体是把材料和能量输送结合在一起,在指定的区域同时沉积和做出零部件。聚焦激光束和有好几个粉体喷嘴组成的沉积头是竖着排成一条直线的,粉体颗粒是通过保护气体输送过去的,一般用的保护气体是氩气这样的惰性气体,这样能减少金属在高温加工时本来就容易出现的高氧化率。机器控制的平台会沿着 X - Y 轴移动,沉积头会沿着 Z 轴上下移动。当颗粒沉积的时候,激光束会提供足够的热量把沿着沉积路径移动的金属粉体熔化掉,这就形成了熔池。一层沉积完了以后,沉积头通过计算机数控相对于机器控制的平台沿着 Z 轴往上移动一定的高度,然后再重复上面的打印过程,最后就能做出实实在在的零部件。它主要有一些能调整的参数,像扫描速率(一般是每分钟 150 毫米到 1.5 米)、激光功率、光斑大小(大概是 0.3 毫米到 3 毫米)、扫描间距、送粉率(大概是每分钟 4 克到 30 克)、扫描策略等等。用的金属粉体颗粒大小是 50 微米到 200 微米,打印的单层层厚是 40 微米到 1000 微米。现在金属熔融沉积激光 3D 打印还能用来维修和再制造磨损的零部件、在金属表面进行熔覆和堆焊、尝试和优化多种新设计的材料等等。
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铺粉式打印里的激光选区熔化技术是德国最早提出来的,和金属熔融沉积技术相比,它扫描路径更精确,打印精度更高,做出来的零部件表面质量也更好,所以发展得很快,慢慢就成了金属材料增材制造的主流技术之一。它的具体工作方式是先在三维软件里设计好要打印的模型,然后切成一片一片的层,把这些数据信息放到打印机器里。粉槽里的粉体(打印 1 的情况)或者料斗里的粉体(打印 2 的情况)会被刮刀在打印基板上均匀地铺成一层。在惰性保护气体的环境下,激光束根据导入的信息在粉床上有选择地熔化金属粉体,这样就得到了零部件的单层固体层。打印平台往下移动一点,刮刀在已经熔化的打印层上继续铺粉,再重复上面的打印操作。一层一层之间会熔化并且通过冶金结合在一起,最后就能得到成型的金属零部件。