金屬3D打印技術(shù)及其專用粉末的研究進展(3)
時間：2017-02-11 22:19 來源：南極熊 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
2.2 激光選區(qū)熔化技術(shù)( SLM)
SLM 是金屬 3D 打印領(lǐng)域的重要部分，其發(fā)展歷程經(jīng)歷低熔點非金屬粉末燒結(jié)、低熔點包覆高熔點粉末燒結(jié)、高熔點粉末直接熔化成形等階段。由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校在 1986年最早申請專利，1988年研制成功了第1臺SLM 設(shè)備，采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化成30 ～51 μm 的預(yù)置粉末材料，幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結(jié)合的功能零件。致密度可達到近乎 100%，尺寸精度達 20 ～ 50 μm，表面粗糙度達20 ～30 μm，是一種極具發(fā)展前景的快速成形技術(shù)。
SLM成型材料多為單一組分金屬粉末，包括奧氏體不銹鋼、鎳基合金、鈦基合金、鈷-鉻合金和貴重金屬等。激光束快速熔化金屬粉末并獲得連續(xù)的熔道，可以直接獲得幾乎任意形狀、具有完全冶金結(jié)合、高精度的近乎致密金屬零件，是極具發(fā)展前景的金屬零件3D打印技術(shù)。其應(yīng)用范圍已經(jīng)擴展到航空航天、微電子、醫(yī)療、珠寶首飾等行業(yè)。
SLM工藝有多達50多個影響因素，對 成型效果具有重要影響的六大類：材料屬性、激光與光路系統(tǒng)、掃描特征、成型氛圍、成型幾何特征和設(shè)備因素。目前，國內(nèi)外研究人員主要針對以上幾個影響因素進行工藝研究、應(yīng)用研究，目的都是為了解決成型過程中出現(xiàn)的缺陷，提高成型零件的質(zhì)量。工藝研究方面，SLM成型過程中重要工藝參數(shù)有激光功率、掃描速度、鋪粉層厚、掃描間距和掃描策略等，通過組合不同的工藝參數(shù)， 使成型質(zhì)量最優(yōu)。
SLM成型過程中的主要缺 陷有球化、翹曲變形。球化是成型過程中上下兩層熔化不充分，由于表面張力的作用，熔化的液滴會迅速卷成球形，從而導(dǎo)致球化現(xiàn)象，為了避免球化，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦龃筝斎?能量。翹曲變形是由于SLM成型過程中存在的熱應(yīng)力超過材料的強度，發(fā)生塑性變形引起，由于殘余應(yīng)力的測量比較困難，目前對 SLM工藝的翹曲變形的研究主要是采用有限元方法進行，然后通過實驗驗證模擬結(jié)果的可靠性。 SLM 技術(shù)的基本原理是: 先在計算機上利用Pro /e、UG、CATIA 等三維造型軟件設(shè)計出零件的三維實體模型，然后通過切片軟件對該三維模型進行切片分層，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，設(shè)備將按照這些填充掃描線，控制激光束選區(qū)熔化各層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。
SLM 是金屬 3D 打印領(lǐng)域的重要部分，其發(fā)展歷程經(jīng)歷低熔點非金屬粉末燒結(jié)、低熔點包覆高熔點粉末燒結(jié)、高熔點粉末直接熔化成形等階段。由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校在 1986年最早申請專利，1988年研制成功了第1臺SLM 設(shè)備，采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化成30 ～51 μm 的預(yù)置粉末材料，幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結(jié)合的功能零件。致密度可達到近乎 100%，尺寸精度達 20 ～ 50 μm，表面粗糙度達20 ～30 μm，是一種極具發(fā)展前景的快速成形技術(shù)。
SLM工藝有多達50多個影響因素，對 成型效果具有重要影響的六大類：材料屬性、激光與光路系統(tǒng)、掃描特征、成型氛圍、成型幾何特征和設(shè)備因素。目前，國內(nèi)外研究人員主要針對以上幾個影響因素進行工藝研究、應(yīng)用研究，目的都是為了解決成型過程中出現(xiàn)的缺陷，提高成型零件的質(zhì)量。工藝研究方面，SLM成型過程中重要工藝參數(shù)有激光功率、掃描速度、鋪粉層厚、掃描間距和掃描策略等，通過組合不同的工藝參數(shù)， 使成型質(zhì)量最優(yōu)。
SLM成型過程中的主要缺 陷有球化、翹曲變形。球化是成型過程中上下兩層熔化不充分，由于表面張力的作用，熔化的液滴會迅速卷成球形，從而導(dǎo)致球化現(xiàn)象，為了避免球化，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦龃筝斎?能量。翹曲變形是由于SLM成型過程中存在的熱應(yīng)力超過材料的強度，發(fā)生塑性變形引起，由于殘余應(yīng)力的測量比較困難，目前對 SLM工藝的翹曲變形的研究主要是采用有限元方法進行，然后通過實驗驗證模擬結(jié)果的可靠性。 SLM 技術(shù)的基本原理是: 先在計算機上利用Pro /e、UG、CATIA 等三維造型軟件設(shè)計出零件的三維實體模型，然后通過切片軟件對該三維模型進行切片分層，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，設(shè)備將按照這些填充掃描線，控制激光束選區(qū)熔化各層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。
圖 2 為其成形原理圖： 激光束開始掃描前，鋪粉裝置先把金屬粉末平推到成形缸的基板上，激光束再按當(dāng)前層的填充掃描線，選區(qū)熔化基板上的粉末，加工出當(dāng)前層，然后成形缸下降1 個層厚的距離，粉料缸上升一定厚度的距離，鋪粉裝置再在已加工好的當(dāng)前層上鋪好金屬粉末，設(shè)備調(diào)入下一層輪廓的數(shù)據(jù)進行加工，如此層層加工，直到整個零件加工完畢。整個加工過程在通有惰性氣體保護的加工室中進行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發(fā)生反應(yīng)。 廣泛應(yīng)用激光選區(qū)熔化技術(shù)的代表國家有德國、美國等。他們都開發(fā)出了不同的制造機型，甚至可以根據(jù)實際情況專門打造零件，滿足個性化的需要。利用EOSING M270設(shè)備成形的金屬零件尺寸較小，將其應(yīng)用到牙橋、牙冠的批量生產(chǎn)中既不會影響人們對其的使用，也不會產(chǎn)生不適感，且它的致密度接近100%，精細(xì)度較好。與此同時，利用 SLM 技術(shù)生產(chǎn)出的鈦合金零件還能夠運用到醫(yī)學(xué)植入體中，促進了醫(yī)學(xué)工作的發(fā)展。
(責(zé)任編輯：admin)
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