淺析金屬粉末選擇性雷射燒結快速成型技術

2021-01-21 OFweek維科網

　　3.2金屬粉末雷射燒結

　　雷射直接燒結金屬粉末製造零件工藝還不十分成熟，目前研究較多的是兩種金屬粉末混合燒結，其中一種熔點較低，另一種較高。雷射燒結將低熔點的粉末熔化，熔化的金屬將高熔點金屬粉末粘結在一起。由於燒結好的零件強度較低，需要經過後處理才能達到較高的強度。美國Texas大學Austin分校進行了沒有聚合物粘結劑的金屬粉末如CuSn NiSn青銅鎳粉複合粉末的SLS成形研究，並成功地製造出金屬零件。近年來，他們對單一金屬粉末雷射燒結成形進行了研究，成功地製造了用於F1戰鬥機和AIM9飛彈的工NCONEL625超合金和Ti6A 14合金的金屬零件。美國航空材料公司已成功研究開發了先進的欽合金構件的雷射快速成形技術。目前，中國科學院金屬所和西北工業大學等單位正致力於高熔點金屬的雷射快速成形研究，南京航空航天大學也在這方面進行了研究，用Ni基合金混銅粉進行燒結成形的試驗，成功地製造出具有較大角度的倒錐形狀的金屬零件(見圖4)。 


 
圖4 鎳基合金混銅粉燒結成形的金屬零件

　　3. 3金屬粉末壓坯燒結

　　金屬粉末壓坯燒結是將高低熔點的兩種金屬粉末預壓成薄片坯料，用適當的工藝參數進行雷射燒結，低熔點的金屬熔化，流人到高熔點的顆粒孔隙之間，使得高熔點的粉末顆粒重新排列，得到緻密度很高的試樣。吉林大學郭作興等用此方法對FeCu,Fe C等合金進行試驗研究，發現壓坯雷射燒結具有與常規燒結完全不同的緻密化現象，雷射燒結後的組織隨冷卻方式而異，空冷得到細珠光體，淬火後得到馬氏體和粒狀。

　　4 SLS技術金屬粉末成型存在的問題

　　SLS技術是非常年輕的一個製造領域，在許多方面還不夠完善，如目前製造的三維零件普遍存在強度不高、精度較低及表面質量較差等問題。SLS工藝過程中涉及到很多參數(如材料的物理與化學性質、雷射參數和燒結工藝參數等)，這些參數影響著燒結過程、成型精度和質量。零件在成型過程中，由於各種材料因素、工藝因素等的影響，會使燒結件產生各種冶金缺陷(如裂紋、變形、氣孔、組織不均勻等)。

　　4. 1粉末材料的影響

　　粉末材料的物理特性，如粉末粒度、密度、熱膨脹係數以及流動性等對零件中缺陷形成具有重要的影響。粉末粒度和密度不僅影響成型件中缺陷的形成，還對成型件的精度和粗糙度有著顯著的影響。粉末的膨脹和凝固機制對燒結過程的影響可導致成型件孔隙增加和抗拉強度降低。

　　4. 2工藝參數的影響

　　雷射和燒結工藝參數，如雷射功率、掃描速度和方向及間距、燒結溫度、燒結時間以及層厚度等對層與層之間的粘接、燒結體的收縮變形、翹曲變形甚至開裂都會產生影響。上述各種參數在成型過程中往往是相互影響的，如Yong Ak Song等研究表明降低掃描速度和掃描間距或增大雷射功率可減小表面粗糙度，但掃描間距的減小會導致翹曲趨向增大。

　　因此，在進行最優化設計時就需要從總體上考慮各參數的優化，以得到對成型件質量的改善最為有效的參數組。目前製造出來的零件普遍存在著緻密度、強度及精度較低、機械性能和熱學性能不能滿足使用要求等一些問題。這些成型件不能作為功能性零件直接使用，需要進行後處理(如熱等靜壓HIP、液相燒結LPS、高溫燒結及熔浸)後才能投人實際使用。此外，還需注意的是，由於金屬粉末的SLS溫度較高，為了防止金屬粉末氧化，燒結時必須將金屬粉末封閉在充有保護氣體的容器中。

　　5 總結與展望

　　快速成型技術中，金屬粉末SLS技術是近年來人們研究的一個熱點。實現使用高熔點金屬直接燒結成型零件，對用傳統切削加工方法難以製造出高強度零件，對快速成型技術更廣泛的應用具有特別重要的意義。展望未來，SLS形技術在金屬材料領域中研究方向應該是單元體系金屬零件燒結成型，多元合金材料零件的燒結成型，先進金屬材料如金屬納米材料，非晶態金屬合金等的雷射燒結成型等，尤其適合於硬質合金材料微型元件的成型。此外，根據零件的具體功能及經濟要求來燒結形成具有功能梯度和結構梯度的零件。我們相信，隨著人們對雷射燒結金屬粉末成型機理的掌握，對各種金屬材料最佳燒結參數的獲得，以及專用的快速成型材料的出現，SLS技術的研究和引用必將進入一個新的境界。

 

相關焦點

  • 雷射燒結快速成型技術特點及發展趨勢
    選擇性雷射燒結是採用雷射有選擇地分層燒結固體粉末，並使燒結成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。其整個工藝過程包括CAD模型的建立及數據處理、鋪粉、燒結以及後處理等。對於一般的塑膠製品只需花一二天，cad模具一個星期即可完工。
  • 選擇性雷射燒結成型技術的優點和缺陷
    採用雷射作為熔化粘結顆粒材料的熱源，列印材料為粉末，可用材料種類多，基本上加熱後可實現粘接的材料都可以，現在的材料主要有尼龍、金屬、陶瓷粉末材料。加工時，需要先把粉末預熱到比材料熔點低一點的溫度，這個過程大概需要幾個小時，這也使得SLS列印時間總體來說用時比較長(單獨從選擇燒結來說，它的列印速度可以說是最快的)。SLS列印可以分為散步，前處理、雷射選擇燒結和後處理。
  • 選區雷射熔化技術用於快速成型
    選區雷射熔化成型技術為功能零件、醫療定製化產品的快速製造提供了有效可行的方案。                  隨著分層製造技術（Layer Manufacturing）的發展，其研究熱點轉變到快速直接製造上。目前直接成型金屬零件的快速成型方法包括雷射立體成型、選擇性雷射燒結與選區雷射熔化技術。雷射立體成型技術使用的是大功率雷射器，由於雷射光斑較大，雖然可以得到冶金結合金屬零件，但其尺寸精度和表面光潔度不好。
  • 雷射燒結快速成型技術在泵製造中的應用
    雷射燒結快速自動成型技術是近年來發展起來的直接根據CAD 模型快速生產樣件或零件的成組技術總稱。它集中了計算機輔助設計和製造技術、雷射技術和材料科學技術，是先進位造技術的重要組成部分。該設備採用雷射燒結快速自動成型技術，其基本工作原理是離散與堆積，在使用該技術時，設計者首先藉助現有的主流三維設計軟體或者通過逆向工程所採集的幾何數據，建立一個產品的三維模型，這是完成快速成型製造的一項基本條件。然後導出相應的STL 文件格式輸入快速成型機當中，再從STL 文件「切」出設定厚度的一系列片層，或者直接從CAD 文件切出一系列的片層，這些片層按次序累積起來便是所設計零件的原型件。
  • 金屬雷射燒結工藝DMLS和SLM的區別
    雷射燒結lasersintering，以雷射為熱源對粉末壓坯進行燒結的技術。對常規燒結爐不易完成的燒結材料，此技術有獨特的優點。由於雷射光束集中和穿透能力小，適於對小面積、薄片製品的燒結。易於將不同於基體成分的粉末或薄片壓坯燒結在一起。　　雷射燒結是一項分層加工製造技術，這項技術的前提是物件的三維數據可用。
  • 選擇性雷射熔化技術的研究進展
    近年來誕生了選擇性雷射熔化（Selective Laser Melting，SLM）金屬粉末的快速成型技術，用它能直接成型出接近完全緻密度的金屬零件。SLM技術克服了選擇性雷射燒結（Selective Laser Sintering。SLS）技術製造金屬零件工藝過程複雜的困擾。
  • DMLS和SLM:兩種金屬雷射燒結工藝到底有何分別?
    雷射燒結(lasersintering)，以雷射為熱源對粉末壓坯進行燒結的技術。對常規燒結爐不易完成的燒結材料，此技術有獨特的優點。由於雷射光束集中和穿透能力小，適於對小面積、薄片製品的燒結。易於將不同於基體成分的粉末或薄片壓坯燒結在一起。
  • 選擇性雷射燒結的應用研究
    與傳統的成型方法比如注塑成型相比，這種免工具的方法幾乎提供了無限的幾何自由度。多虧了新的技術發展，這項技術已超越既定的原型技術的應用領域，現在它能夠適用於一小部分的功能件製造。通過這種方法，新的產品能夠以較低的經濟風險被單獨生產出來，這大大減少了產品推向市場的時間。
  • 一種全新的金屬列印工藝——選擇性抑制燒結
    近日出現的一種全新的金屬列印工藝——選擇性抑制燒結（SIS，Selective Inhibition Sintering）技術。
  • 雷射切割設備的選擇性雷射燒結制模技術
    快速模具製造技術是快速成型技術重要的研究應用方向。利用快速成型技術制模從另一個角度上可分為直接制模法和簡介制膜法兩種。直接制膜法是一種繞過傳統的模具製造程序。一步得到所涉及模具的制模方法；間接制模法是一種利用快速成型系統制出母模，然後澆注矽橡膠，環氧樹脂，聚氨酯等材料，取出母模即可得到軟性的注塑模具或低熔點合金鑄造模具的制模方法（這些模具的壽命通常只能製造數件至數百件產品）。快速成型系統做出的母模或複製的軟模具，可澆注石膏，陶瓷，金屬基合成此阿里哦啊，金屬構成硬模具，用來批量生產塑料件或金屬件。這些模具的壽命可以達到製造數千件。
  • 無需大型粉末床的多材料選區雷射燒結3D列印技術
    選區雷射燒結（SLS）是廣泛使用的增材製造-3D列印技術之一。近年來，SLS 3D列印技術在列印精度和速度方面得到了發展。例如德國 EOS 公司推出了可實現精密、堅固零部件生產的FDR 選區雷射燒結技術，通過該技術製造的零件表面擁有精密細節解析度且最小壁厚僅為 0.22 mm；與 FDR 技術相比，EOS還推出了旨在最大限度提高生產率的LaserProFusion 選區雷射燒結技術，該技術的曝光速度不受組件的幾何形狀影響，可根據批量生產的要求靈活調整，縮短產品開發時間，在許多應用中甚至可以替代注塑成型。
  • 無需大型粉末床的多材料選區雷射燒結3D列印技術
    例如德國 EOS 公司推出了可實現精密、堅固零部件生產的FDR 選區雷射燒結技術，通過該技術製造的零件表面擁有精密細節解析度且最小壁厚僅為 0.22 mm；與 FDR 技術相比，EOS還推出了旨在最大限度提高生產率的LaserProFusion 選區雷射燒結技術，該技術的曝光速度不受組件的幾何形狀影響，可根據批量生產的要求靈活調整，縮短產品開發時間，在許多應用中甚至可以替代注塑成型。
  • 金屬成型技術革命-金屬選區雷射熔融技術
    自上世紀80年代3D列印技術，又稱增材製造，如圖1所示。開創以來，各界普遍預期該技術將革新複雜零件的製造，從醫療植入物到噴氣發動機部件。選區雷射燒結SLS技術催生了許多新興的三維列印技術，如近年來發展迅速的電子束熔化技術，在真空環境下，用30至60kV的電壓產生的電子束熔化金屬粉末。
  • 國內成功試製金屬直接燒結成型3D印表機
    記者2日從位於西安高新區的中船重工第705研究所獲悉，歷經一年時間的研製，該所在3D印表機技術領域取得重大突破，藉助金屬直接燒結快速成型技術實現 了3D列印，成為世界上第四家掌握該技術的企業。據介紹，直接金屬雷射燒結成型技術是3D列印技術領域王冠上的明珠。
  • 雷射切割設備中的雷射分層快速成形技術
    分層製造快速成型技術發展zui早，種類多，包括立體光刻或光固化法，選擇性雷射燒結法，雷射層壓成型法和雷射快速熔融澱積成形法等。1）雷射立體光刻法（又稱固化法），指藉助紫外雷射束把液態單體凝聚成固態聚合體的快速成形法。2）選擇性雷射燒結法，指藉助CO2雷射束有選擇性地將粉末材料快速燒結成形的方法。
  • 3D列印發展的如何了(1)---SLS選擇性雷射燒結
    FDM（熔融沉積)技術與SLA(立體光固化）技術，FDM技術主要用於青少年教育普及，SLA技術主要用於手板樣件快速製造領域，無論是設備價格還是材料價格，都已經是比較低的了。市面上採用SLA成型技術的工業機而SLM（選擇性雷射熔化）技術因是金屬3D列印，故其未來的市場可想而知，潛力巨大，但目前因其無論是設備還是材料，雖然已經下降了非常多，
  • 【材料課堂】陶瓷3D列印選擇性雷射燒結熔融技術,到什麼程度了?
    該技術可在無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產品設計數據，快速製造出新產品，從而極大縮短新產品研發周期、降低開發成本，對企業快速響應市場、提升市場競爭力具有重要價值。選擇性雷射燒結（SLS）和選擇性雷射熔融（SLM）技術是增材製造技術的重要分支，一經提出就引起研究人員廣泛關注，塑料、尼龍、樹脂及金屬材料SLS/SLM技術已經取得了較好的研究成果並在航空航天、醫療、模具、汽車等領域得到廣泛應用。
  • ...驚現」3D列印服裝 運用剛剛解禁的核心專利——「雷射燒結...
    不過，隨著國外一些關鍵專利的到期，使用金屬、木頭以及布料的3D列印技術爭先浮出水面。小編發現，在剛剛結束的 Chanel 巴黎和柏林高級定製大秀上，幾款服裝就運用了最先進3D列印核心專利——「選擇性雷射燒結」技術製成，什麼是「選擇性雷射燒結」技術？迫不及待一睹其「芳容」？請大家繼續閱讀吧！
  • 淺析雷射3D列印在非傳統工業領域應用
    2.3選擇性雷射燒結技術　　選擇性雷射燒結技術(Selective Laser Sintering，SLS)又稱為選區雷射燒結技術，其使用雷射束熔化或燒結粉末材料，利用分層思想，把計算機中的CAD模型直接成形為三維實體零件。它的創新之處在於將雷射、光學、溫度控制和材料相聯繫，並藉助精確引導的雷射束使材料粉末燒結或熔融後凝固形成三維原型或製件。
  • 雷射燒結技術可以直接列印汽車零部件
    3D列印是對「添加法製造技術」的一種形象化的描述，其核心是數位化、智能化製造與材料科學的結合，運用計算機軟體設計立體加工樣式，通過特定的成型設備，用液化、粉末化、絲化的固體材料逐層「列印」出產品。3D技術是一項具有革命性的技術，它所帶來的分布式個性化製造方式方法，使得生產成本、資源消耗、環境影響都大大降低。