试论金属3D打印中热源与材料对3D打印成品质量的影响

dy1993   2017-11-22 14:27:09

虽然实现3D打印的技术方法有多种,但加工机理基本一致,即材料在高能热源作用下快速融化,由于作用时间极短,熔融的金属在基体的冷却作用下发生快速凝固,从而实现在特定的扫描区域成型。3D打印金属制品的性能由热源量属性、材料特性及工艺参数所决定,而热源类型及送粉方式是区分各种3D打印技术的最根本因素。

1、热源 

在金属增材制造领域,应用最为成熟的热源是激光和高能电子束。电子束与激光的工作原理不同,电子束的加热方式是高能电子穿过靶材的表面进入到距表面一定深度后,再传给靶材原子能量,从而使靶材原子的振动加剧,把电子的动能转换为热能;激光的加热方式则为靶材表面吸收光子能量,激光并未穿过靶材表面。材料制造加工过程中,热源的功率及扫描速度一般是恒定的,即作用于材料的能量密度是恒定的, 热源作用效果由材料对热源的吸收性能直接决定。材料对热源能量的吸收由两者的作用机理、材料表面状态等因素所决定。对于最常用的激光热源, 激光光能的吸收与波长、被照材料的反射率以及能量密度相关,在成型过程中,材料的表面状态、 尺寸等因素对激光都有明显的制约作用。电子束由于其作用机理的不同,在增材制造过程中表现出较激光更加良好的适配性。 

2、材料

粉末材料是目前最为常用的金属类增材制造用材料。金属粉末作为金属制件增材制造产业链中最重要的一环, 也是最大的价值所在。金属粉体材料一般用于粉末冶金工业, 粉末冶金成型是将粉末预成型后利用高压高温条件进行最终的定型,整个过程中,材料发生的物理冶金变化相对缓慢,材料有比较充分的时间进行融合、 扩散、反应。由于受粉末冶金加工时温度及压力的限制, 为了保证工件的致密性,要求使用的粉体材料尽可能地将成型腔体填充完全。针对粉末冶金工艺的技术特点,已经发展出了一套比较完善的粉末评价方法及标准, 有相对比较完善的指标可用来恒量粉体材料的性能,如粒径、比表面积、粒度分布、粉体密度、流速、松装密度、孔隙率等。对于粉末冶金而言, 粉末的流动性、振实密度等指标是衡量粉末冶金用粉末材料的重要指标。 


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