0 引言
金属3D打印技术增材制造(Additive Manufacturing,AM)是基于离散--堆积原理的新型数字化成形技术,被誉为“具有工业革命意义的制造技术”,极大地缩短了产品的研发周期和成本,对制造业的发展有着十分重要的意义。
1 不同金属3D打印增材制造技术成形特点
不同的3D打印增材制造技术有各自不同的特点和分类方法,按照成形材料不同沉积状态,金属件的成型工艺主要有:选择性激光烧结
(Selected Laser Sintering,SLS)技术,选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术,激光熔敷沉积(Laser Cladding Deposition,LCD)技术,三维打印(3D Printing,3DP)技术,电子束熔融(Electron Beam Melting,EBM)技术以及三维微焊接(3D Micro Welding,3DMW)成形技术。
1.1 选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)成形技术
图1为SLS成形原理示意图,激光对均匀铺展于工作台面的粉末材料进行扫描、烧结,每扫描一层后成型活塞下降一个层高,继续进行后续层的成形,直至完成零件。其中SLS 激光快速成形技术工艺具有可采用多材料成形;成形工艺简单;成形精度高等优点。该工艺成形精度平均可以达到0.05~2.5mm的公差。并且无需设计支撑结构,未烧结的粉末可以直接作为成形过程中悬空层的支撑。因此材料利用率高,是常见几种AM工艺中利用率最高的,且价格较便宜的工艺。
选择性激光烧结(SLS)技术的主要缺点为:①表面质量差。制件成形是由粉末状的原料通过加热熔化实现逐层粘结的,因此,制件表面严格讲是粉粒状的,因而表面粗糙;②力学性能差。原型结构疏松、多孔,制件致密度低,因而力学性能较差。
1.2 选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术
SLM技术使用的金属材料主要包括铁基合金、TiC4合金、316L不锈钢粉、铜合金、钛合金、工具钢等。其中很多材料需要进口。表面成形精度可达30~60μm,尺寸精度可达±0.1mm,可以完全熔化金属粉末,得到全致密结构,具有较好的机械性能(表1)。
1.3 激光熔敷沉积(Laser Cladding Deposition,LCD)技术
该技术可使用铁基合金、不锈钢粉、铜合金、钛合金等作为成形材料进行成形,同时还可使用WC/Co、TiC4、VC等硬金属及Al2O3、TiO2等陶瓷材料进行成形,是复杂零件快速成形的有效方法。另外,该技术可利用激光在工件表面局部产生瞬间的高能量使熔化粉体材料和基层产生冶金结合,且比传统焊接工艺(如:钨极气体保护焊,氩弧焊等)产生的残余热应力小,是修复损坏的叶片、汽轮机、涡轮盘的理想技术。
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