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金属材料增材制造技术-3D打印技术的特点及其基本原理

金属材料增材制造技术-3D打印技术的特点及其基本原理

本文摘要:金属材料增材生产技术,又称3D打印机技术、激光较慢成型技术,主要以金属粉末(尺寸大于1mm的金属颗粒群)、颗粒或金属丝材为原料,通过CAD模型实分层处置,使用高功率激光束熔融冲刷生长(增材生产),必要从CAD模型一步已完成高性能构件的近终成形。金属材料增材生产技术,可分成激光必要熔融生产技术(LaserMeltingDeposition,LMD)和选择性激光熔融技术(SelectLaserMelting,SLM)。

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金属材料增材生产技术,又称3D打印机技术、激光较慢成型技术,主要以金属粉末(尺寸大于1mm的金属颗粒群)、颗粒或金属丝材为原料,通过CAD模型实分层处置,使用高功率激光束熔融冲刷生长(增材生产),必要从CAD模型一步已完成高性能构件的近终成形。金属材料增材生产技术,可分成激光必要熔融生产技术(LaserMeltingDeposition,LMD)和选择性激光熔融技术(SelectLaserMelting,SLM)。与传统的金属零件加工技术比起,金属材料增材生产技术具有无法比拟的优点,明确如下:  (1)零件室温综合力学性能出色;  (2)简单零件生产工艺流程较传统工艺大大缩短;  (3)无模具较慢权利成型,生产周期短,小批量零件生产成本低;  (4)零件将近净成型,机加余量小,材料利用率低;  (5)可实现多种材料给定填充生产;  (6)激光束能量密度低,可实现传统无以加工材料如TC4、Inconel718、17-4PH、38CrMnSiA等的成型。

  金属材料增材生产技术是一门融合了计算机软件、材料、机械、掌控、网络信息等多学科知识的系统性、综合性技术。使用线性化手段有理或逐级冲刷成型原理,依据产品三维CAD模型,较慢打印机出有产品零件,彻底改变了传统金属零件,尤其是高性能无以加工、构型简单等金属零件的加工模式,在航空航天等装备预研与生产中具备辽阔的应用于前景,沦为当前材料制取科学和先进设备生产技术学科领域国际前沿研究和竞争热点之一。  金属材料增材生产基本原理  1LMD技术基本原理  LMD技术作为增材生产技术的一种,是通过较慢成型(RapidPrototyping,RP)技术和激光熔覆技术有机融合,以金属粉末为加工原料,使用高能密度激光束将喷洒在金属基板上的粉末逐级熔覆冲刷,从而构成金属零件的生产技术。

整个LMD系统还包括激光器、激光制冷机组、激光光路系统、激光加工机床、激光熔融沉积腔、送来粉系统及工艺监控系统等。  LMD较慢成型技术的基本原理为:首先,利用切片技术将倒数的三维CAD数模线性成具备一定层薄及顺序的分层切片;第二,萃取每一层切片所产生的轮廓并根据切片轮廓设计合理的激光器扫瞄路径、激光扫描速度、激光强度等,并转换成适当的计算机数字控制程序;第三,将激光融化沉积腔抽真空,并充入一定压力的惰性维护气体,避免粉末熔融时被水解;第四,计算机控制送来粉系统向工作台上的基板喷粉,同时激光器在计算机指令掌控下,按照预先设置的扫瞄程序展开扫瞄,融化倾倒出来的粉末,熔覆分解与这一层形状、尺寸完全一致的熔覆层;最后,激光阵镜、同轴送来粉燃烧室等整体移除(或工作台下后移)一个切片厚度并反复上述过程,逐级熔覆冲刷直到构成CAD模型所设计的形状,加工出所须要的金属零件。  2SLM技术基本原理  SLM技术作为增材生产技术的另外一种实行方式,由粉床选区激光工件技术(SLS)发展而来,以金属粉末为加工原料,使用高能密度激光束将砖淋在金属基板上的粉末逐级熔覆冲刷,从而构成金属零件的生产技术。整个SLM设备还包括激光器、激光阵镜、粉末碾轮、粉末储存室、零件成型室等。

  SLM较慢成型技术的基本原理为:首先,利用切片技术将倒数的三维CAD数模线性成具备一定层薄及顺序的分层切片;第二,萃取每一层切片所产生的轮廓并根据切片轮廓设计合理的激光器扫瞄路径、激光扫描速度、激光强度等,并转换成适当的计算机数字控制程序;第三,将激光融化沉积腔抽真空,并充入一定压力的惰性维护气体,避免粉末熔融时被水解;第四,计算机控制可乘载系统下降,粉末碾轮将粉末从粉末储存室启动时到零件成型室工作台上的基板,同时激光器在计算机指令掌控下,按照预先设置的扫瞄程序展开扫瞄,融化砖淋在基板上的粉末,熔覆分解与这一层形状、尺寸完全一致的熔覆层;最后,粉末储存室移除而零件成型室松动一个切片厚度并反复上述过程,逐级熔覆冲刷直到构成CAD模型所设计的零件。


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