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大尺寸金属3D打印制造(一)--激光熔化沉积技术

金属打印就尺寸来说无外乎小尺寸制造与大尺寸制造,SLM技术是小尺寸净成型的优秀代表,所制作的零件精度高、表面质量优良,是制作首饰、齿科、工业零部件的有效手段。SLM技术的劣势就在于其较小的零件制造尺寸,对于大型结构零件的3D打印采用的是激光近净成型,打印完成的零件需要研磨、抛光等后续加工,大大减少了制造成本和加工时间。本期介绍激光近净成型技术中的激光熔化沉积技术。

 

激光熔化沉积


激光熔化沉积技术利用快速原型制造技术在无需任何模具和工装条件下快速成型任意形状零件为基本原理,金属CAD实体模型离散切片数据在计算机数控系统驱动下,通过金属材料的激光熔化-快速凝固逐层沉积,直接制备并成型出具有快速凝固组织特征的高性能“近净形”金属零件。

 

CAD切片

 

SLM技术采用的是铺送粉的形式,而大尺寸制造无法提供相对应的大型供粉缸、成型缸以及惰性气体保护氛围,近净成型采用的是供粉器供给粉末。打印头上带有可输送粉末和惰性气体的喷嘴,计算机控制送粉器将粉末输送到激光聚焦位置。

 

送粉器加粉


在打印过程中,计算机会调入一层切片,根据扫描数据计算机控制激光沿打印头轴线向下射出,聚焦在粉末喷出的汇聚点,在气体保护作用下实现熔化,即激光、气体、粉末同时相互作用实现熔化和凝固。同时,打印头会沿着扫描路径移动完成一层打印,然后打印头上升有一个层厚在上一层的基础上继续打印,最终完成整个零件的打印。

 

激光单层沉积过程

 

激光熔化沉积整体过程

 

激光熔化沉积完成的大型零件

 

激光熔化沉积技术的优势在于能够制作大型零件,原则上没有尺寸限制,同时所制作的零件具有较高的力学性能,优于锻件标准,在材料的选择上也更加灵活方便。工艺缺点在于设备的造价较为昂贵,在成型过程中容易产生较大的内应力,尚未研发出边打印边退火的方法;此外,该技术打印的零件在尺寸精度与表面质量方面不佳,需要后续较多的机加工。

当前,该技术在高价值金属零件、大尺寸薄壁形状整体成型与金属注射模等方面有较多应用。

 

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