金屬3D打印技術(shù).ppt

,金屬3D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,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)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)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4015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,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h,W,W,W,W,H,H,H,H,h,h,h,h,h/H,h/H,h/H,h/H,掃描速度h/H變化不大,熔覆層形狀,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,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,燈絲,陽(yáng)極,聚焦線圈,偏轉(zhuǎn)線圈,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，沒有機(jī)械慣性2.電子束具有的真空環(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