3D新方案:粉末凝聚而成的金属零件

点击量:493 发布时间:2017-02-09 作者:状迈(上海)增材制造技术有限公司
提起3D打印,公众有个普遍概念是
方便有趣、但粗糙、强度不够
虽然大多数人都知道早已能够打出金属
但是总感觉用材料堆叠出来的东西应该很脆弱
3D行业从业者一直在努力改变这种印象
                      
     最初的金属3D打印借鉴的是粉末冶金技术,用金属粉末或混合物作为原料,根据电脑中的三维图像信息,将一层层材质有序的层叠堆积起来,不同层次的粉末经过逐层成形、烧结和粘结,最终形成具有空间感的金属制品。
       粉末冶金法与生产陶瓷相似,具有一些传统的熔铸方法无法获得的独特化学组成和机械、物理性能,可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品,如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等。但对于某些尺寸要求精度高,并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行一些烧结后处理工艺,例如精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等等。
↓↓熔渗技术↓↓
 
 
       采用这种金属3D技术制成的工件内部有大量孔洞,就像糠了的萝卜一样,很脆,徒手就可以掰断,所还需要采用熔渗的方式做后处理:用熔点比较低的金属或合金粉末把3D打印制品埋起来,再回炉一次,粉末熔融成液态,渗入充填3D打印制品内的孔隙,由此增加工件的强度,还顺便还能改改外观色泽。视频如下:
▼第一代金属3D打印技术(5分钟)▼
 
      这种金属3D打印操作起来很麻烦,跟3D打印技术所见即所得,简单方便的宗旨有很大距离。现在业内所说的金属3D打印指的是DMLS技术,即直接金属激光烧结成型技术(Direct Metal Laser-Sintering,缩写DMLS),是直接用高能量的激光熔融金属粉末沉积,同时烧结固化粉末金属材料,通过自动地层层堆叠生成致密的几何形状的实体零件。
 
↓↓DMLS技术制成的金属件内部结构致密↓↓
 
由于金属本身是致密体重熔,不易产生粉末冶金成形那种空穴,结构件致密度可达99%以上,接近锻造的材料胚体。所以DMLS又被称作3D打印技术领域王冠上的明珠。至于它的具体过程,全球3D打印行业龙头Stratasys制作了一条说明视频:
▼金属3D打印DMLS技术(2分23秒)▼
 
   DMLS比之前的金属3D打印简化很多:还是先在电脑上完成前期图形设计,将三维图形转化为一整套切片——准备好足够的金属粉末——(到这开始不同了)——用高能量激光逐层烧熔金属粉末,使之变成所需的三维形状——这些切片一层一层累积起来就是完整的金属部件了——后处理——成品。
      通过选用不同的烧结材料和调节工艺参数,使用DMLS技术可以生成从具有多孔性的透气钢、到耐腐蚀的不锈钢、再到组织致密的模具钢的各种零件,性能差异变化很大。甚至能够直接制造出非常复杂的零件,省却铣削和放电加工工序,为设计提供更宽的自由度。
      早些年只有相对软的材料适用这种技术,而随着技术的不断进步,适用领域也扩展到了塑料、金属压铸和冲压等各种量产模具。
 
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