五种不同类型金属3D打印技术的原理和特点的详细比较(第二部分)

发布时间:2023年6月12日

电子束熔化(循证医学)
 
电子束选择性熔化(EBSM) 原则
与激光选择性烧结类似,选择性激光熔化工艺流程中,电子束选择性熔化技术(EBSM)是一种快速制造技术,它利用高能高速电子束选择性地轰击金属粉末,从而熔化和形成粉末材料。
EBSM 流程 该技术原理如下:首先,在铺粉面上铺撒一层粉末;然后,在计算机控制下,根据截面轮廓信息选择性地熔化电子束,使金属粉末熔化并与下方成形件结合,逐层堆积直至整个零件完全熔化;最后,去除多余的粉末,得到所需的三维产品。上位机的实时扫描信号经数模转换和功率放大后传输至偏转线圈,电子束在相应偏转电压产生的磁场作用下发生偏转,从而实现选择性熔化。经过十余年的研究,通过正交实验发现,电子束电流、聚焦电流、作用时间、粉末厚度、加速电压和扫描模式等工艺参数对成形效果的影响最大。
 
优势EBSM
电子束直接金属成形技术以高能电子束作为加工热源。通过操控磁偏转线圈,可以实现无机械惯性的扫描成形,且电子束的真空环境还能防止金属粉末在液相烧结或熔化过程中氧化。与激光相比,电子束具有能量利用率高、作用深度大、材料吸收率高、稳定性好、运行维护成本低等优点。电子束熔化成形技术的优势包括成形效率高、零件变形小、成形过程中无需金属支撑、微观结构更致密等。电子束的偏转和聚焦控制速度更快、灵敏度更高。而激光的偏转需要使用振动镜,当激光高速扫描时,振动镜的旋转速度极快。随着激光功率的增加,振镜需要更复杂的冷却系统,重量也会显著增加。因此,在高功率扫描时,激光的扫描速度会受到限制。在扫描大范围成形区域时,改变激光的焦距也较为困难。电子束的偏转和聚焦是通过磁场实现的。通过改变电信号的强度和方向,可以快速灵敏地控制电子束的偏转和聚焦长度。电子束偏转聚焦系统不会受到金属蒸发的干扰。当使用激光和电子束熔化金属时,金属蒸气会扩散到整个成形空间,并覆盖任何与金属薄膜接触的物体表面。电子束的偏转和聚焦均在磁场中进行,因此不会受到金属蒸发的影响;而激光振镜等光学器件则很容易受到蒸发的污染。

 

激光我tal 沉积(LMD)
激光金属沉积(LMD)技术最早由美国桑迪亚国家实验室于20世纪90年代提出,随后在世界各地得到发展。由于许多大学和研究机构独立开展相关研究,这项技术名称繁多,虽然名称各异,但其原理基本相同。在成型过程中,粉末通过喷嘴聚集到工作平面上,激光束也聚集到该点,粉末和激光的作用点重合,并通过工作台或喷嘴移动,最终获得堆叠的熔覆层实体。
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LENS技术 采用千瓦级激光器。由于激光聚焦光斑较大(通常大于1mm),虽然可以获得冶金结合的致密金属实体,但其尺寸精度和表面光洁度并不理想,使用前需要进一步加工。激光熔覆是一个复杂的物理化学冶金过程,熔覆工艺参数对熔覆件的质量影响很大。激光熔覆工艺参数主要包括激光功率、光斑直径、离焦量、送粉速度、扫描速度、熔池温度等,这些参数对熔覆件的稀释率、裂纹、表面粗糙度和致密性都有显著影响。同时,各参数之间也相互影响,这是一个非常复杂的过程。必须采用适当的控制方法,将各种影响因素控制在熔覆工艺的允许范围内。
 
直接的金属激光ing(DMLS)
 
通常有两种方法SLS金属零件的制造方法有两种:一种是间接法,即聚合物包覆金属粉末的选择性激光烧结(SLS);另一种是直接法,即直接金属激光烧结(DMLS)。自1991年洛夫讷的查托夫奇大学开展金属粉末直接激光烧结的研究以来,利用SLS工艺直接烧结金属粉末形成三维零件一直是快速成型技术的最终目标之一。与间接SLS技术相比,DMLS工艺的主要优势在于省去了昂贵且耗时的预处理和后处理步骤。
 
特征 DMLS
作为选择性激光烧结(SLS)技术的一个分支,直接金属激光烧结(DMLS)技术的基本原理与之相同。然而,DMLS技术难以精确成形形状复杂的金属零件。归根结底,这主要是由于DMLS过程中金属粉末的“球化”效应和烧结变形所致。“球化”是指熔融金属液面在与周围介质的界面张力作用下,表面形状逐渐转变为球形,以使由熔融金属液面和周围介质表面组成的体系具有最小自由能的现象。球化会导致金属粉末熔化后无法凝固形成连续光滑的熔池,从而使成形零件疏松多孔,最终导致成型失败。由于单组分金属粉末在液相烧结阶段的黏度较高,“球化”效应尤为严重,球体直径通常大于粉末颗粒的直径,导致烧结零件中存在大量孔隙。因此,单组分金属粉末的DMLS工艺存在明显的缺陷,通常需要后续处理,并非真正意义上的“直接烧结”。
 
为了克服单组分金属粉末直接金属激光烧结(DMLS)中存在的“球化”现象以及由此产生的烧结变形、密度低等工艺缺陷,通常采用不同熔点的多组分金属粉末或预合金化粉末来实现。多组分金属粉末体系通常由高熔点金属、低熔点金属和一些添加元素组成。高熔点金属粉末作为骨架金属,在DMLS过程中能够保持其固态核心。低熔点金属粉末作为粘结剂,在DMLS过程中熔化形成液相,该液相包裹、润湿并粘结固态金属颗粒,从而实现烧结致密化。
 
作为中国领先的公司3D打印服务行业,JSADD3D 公司不会忘记初心,将加大投资,创新研发更多技术,相信会为大众带来全新的3D打印体验。
 
贡献者:萨米


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