金属3D打印所使用的热源中激光和电子束的对比分析

dy1993   2017-11-27 15:10:39

在常规的的金属3D打印热源中,强激光,等离子,电子束,占据了大多数打印机设计,前两种热源,功率低,简单安全,容易控制,但是由于激光自身能量密度低,导致在烧结沉积耐高温金属时,往往烧结不致密,内部空泡过多,金属粉表面还会折射与反射激光,导致吸收率进一步下降,会导致整体强度不足,无法直接制造高强度机械零件并使用 ,而等离子体聚合不细,无法像电子束一样被收缩环控制光斑直径,虽然等离子温度足够融化耐高温金属材料,但是光斑点无法向激光那么精细,导致打印物品表面粗糙度极大,即使使用CNC进行车铣,也难以处理表面问题。

电子束由电子束喷枪直接发射,在以收缩环进行收缩,并控制偏转方向,由于电子束不同于光子,具有初始质量,所以动能极大,在能量密度上电子束高于激光近一倍,且不会被金属颗粒折射反射,能量吸收率可达百分之60以上,可以直接以致密金属烧结成型,是目前激光无法比拟的,而在热源持续性上,电子束也要优于激光,由于激光器的能量转换过低, 100W的激光斑点温度仅600度左右,如果想达到1400-1800度金属烧结的温度,激光器功率则要超过1000W,在长时间使用时,激光器会产生高热,对激光器透镜片,电极等损害极大,且激光器散热系统庞大,多是采用液态制冷维护与制备,极其不便,在持续使用时,容易引发功率过载导致烧结能量降低,烧结强物品度减小,而电子束喷枪在真空环境下加载千伏高压电后会直接射出高速的电子束射流,温度极高,依靠收缩环收缩光斑直径,并用改变喷射方向,由于不受冷却系统的束缚,电子束能量可持续保持,持续烧灼金属进行沉积,持续性好。

在打印速度上电子束可以以高功率持续进行沉积快速烧结,无需等待推粉板进行推粉,扑粉,打印速度持续上升,如果结合五轴加工中心,可以在五个维度进行打印,减少切片软件的影响,而激光烧结打印机多数是三轴,在形成方位上,明显不足。


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