電子束燒結(jié)成形技術(shù)

3D打印-現(xiàn)在制造系統(tǒng)與3D制造技術(shù)主講人：劉聰聰3D打印的簡(jiǎn)單介紹3D打印是一種快速成型技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為根底，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印的簡(jiǎn)單介紹3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理根本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料〞，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過(guò)電腦控制可以把“打印材料〞一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。

3D打印的簡(jiǎn)單介紹3D打印步驟：1.計(jì)算機(jī)建模軟件建模。2.將建成的三維模型“分區(qū)〞成逐層的截面。3.用生產(chǎn)圖層切片指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。3D打印的開展史1986年，CharlesHull開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī)。1993年，麻省理工學(xué)院獲3D印刷技術(shù)專利。1995年，美國(guó)ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得唯一授權(quán)并開始開發(fā)3D打印機(jī)。2005年，市場(chǎng)上首個(gè)高清晰彩色3D打印機(jī)SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。2023年11月，世界上第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車Urbee問(wèn)世。2023年8月，南安普敦大學(xué)的工程師們開發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機(jī)2023年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞首次用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。2023年11月，美國(guó)德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念〞(SolidConcepts)設(shè)計(jì)制造出3D打印金屬手槍3D打印技術(shù)熔融沉積成形法

熔融沉積成型法(FDM,FusedDepositionModeling)，這種工藝是通過(guò)將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)行熔體沉積。每完成一層，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚進(jìn)行迭加沉積新的一層，如此反復(fù)最終實(shí)現(xiàn)零件的沉積成型。FDM工藝的關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料的溫度剛好在熔點(diǎn)之上(比熔點(diǎn)高1℃左右)。其每一層片的厚度由擠出絲的的直徑?jīng)Q定，通常是0.25~0.50mm。熔融沉積成形法熔融沉積成形法優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高;材料本錢低;可選材料種類多;工藝簡(jiǎn)潔。缺點(diǎn)是精度低;復(fù)雜構(gòu)件不易制造，懸臂件需加支撐;外表質(zhì)量差。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模及形狀和功能測(cè)試，中等復(fù)雜程度的中小原型，不適合制造大型零件。分層實(shí)體制造成形法分層實(shí)體制造成型法又稱層疊法成形，工藝采用薄片材料。加工時(shí)，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成型的工件粘接；用激光器在新粘接的層面上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓和外框之間多余的區(qū)域切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格；激光切割完之后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成型的工件下降，與帶狀片材別離，供料機(jī)構(gòu)帶動(dòng)帶料移動(dòng)，使新層移到加工區(qū)域。工作臺(tái)上升，重復(fù)進(jìn)行下一層制造。分層實(shí)體制造成形法分層實(shí)體制造成形法優(yōu)點(diǎn)是成型速度較快，無(wú)需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)，可制作尺寸大的原型，原材料價(jià)格廉價(jià)，原型制作本錢低。缺點(diǎn)是不能直接制作塑料原型，難以構(gòu)建形狀精細(xì)、多曲面的零件，成型后需進(jìn)行外表打磨，前、后處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能制造中空結(jié)構(gòu)件。光固化成形法光固化成型法通過(guò)控制激光光束，按設(shè)計(jì)的路徑照射到液態(tài)光敏樹脂外表，使外表特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化。當(dāng)一層加工完畢后，就生成零件的一個(gè)截面；然后升降臺(tái)下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進(jìn)行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后，進(jìn)行最終固化，再經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。光固化成形法光固化成形法優(yōu)點(diǎn)成熟度高,由CAD數(shù)字模型直接制成原型,加工速度快,產(chǎn)品生產(chǎn)周期短,無(wú)需切削工具與模具?？梢约庸そY(jié)構(gòu)外形復(fù)雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的原型和模具。缺點(diǎn)系統(tǒng)造價(jià)高昂,使用和維護(hù)本錢過(guò)高。對(duì)液體進(jìn)行操作的精密設(shè)備,對(duì)工作環(huán)境要求苛刻。成型件多為樹脂類,強(qiáng)度,剛度,耐熱性有限,不利于長(zhǎng)時(shí)間保存。激光選區(qū)燒結(jié)法

整個(gè)工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時(shí)粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均勻鋪上一層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉。控制激光束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。激光選區(qū)燒結(jié)法激光選區(qū)燒結(jié)法優(yōu)點(diǎn)可以采用多種原料，例如絕大多數(shù)工程用塑料、蠟、金屬、陶瓷等。零件構(gòu)建時(shí)間短，無(wú)需設(shè)計(jì)和構(gòu)造支撐，無(wú)需對(duì)零件進(jìn)行后矯正。缺點(diǎn)外表粗糙度受粉末顆粒大小及激光點(diǎn)的限制，需要對(duì)加工室不斷充氮?dú)庖源_保燒保結(jié)過(guò)程的平安性，加工的本錢高，產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境。電子束熔化成形法利用金屬粉末在電子束轟擊下熔化的原理，先在鋪粉平面上鋪展一層粉末并壓實(shí)；然后，電子束在計(jì)算機(jī)的控制下按照輪廓截面信息進(jìn)行有選擇的燒結(jié)，金屬粉末在電子束的轟擊下燒結(jié)在一起，并與下面已成型的局部粘接，層層堆積，直至整個(gè)零件全部燒結(jié)完成；最后去除多余粉末便得到想要的零件。電子束熔化成形法電子束熔化成形法

電子束熔化成形技術(shù)主要有送粉、鋪粉、熔化/燒結(jié)等工藝步驟,其真空室內(nèi)具備鋪送粉機(jī)構(gòu)、粉末回收箱及成形平臺(tái)。同時(shí),還包括電子槍系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中,控制系統(tǒng)包括掃描控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、真空控制系統(tǒng)和溫度檢測(cè)系統(tǒng)。電子束熔化成形法控制計(jì)算機(jī)控制電路電子槍聚焦系統(tǒng)工作面電子束熔化成形法電子束熔化成型系統(tǒng)由5個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。工藝控制子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞,控制、協(xié)調(diào)系統(tǒng)各局部的工作以實(shí)現(xiàn)電子束選區(qū)燒結(jié)工藝。束流掃描子系統(tǒng)和粉末操縱子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中的物質(zhì)流(粉末材料)進(jìn)行處理,是工藝的最終執(zhí)行局部。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的管理與維護(hù),為控制驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)提供數(shù)控文件。環(huán)境控制子系統(tǒng)為工藝提供必要的環(huán)境條件,如真空度、溫度等。電子束熔化成形法

優(yōu)點(diǎn)有的功率高,電子束可以容易地做到幾千瓦級(jí)的輸出。電子束移動(dòng)方便且無(wú)運(yùn)動(dòng)慣性，束流易于控制，因而可以實(shí)現(xiàn)快速掃描，成形速度快。高能量利用率，無(wú)反射、加工材料廣泛，真空加工環(huán)境。

缺點(diǎn)需要專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，加工生產(chǎn)有一定的局限性?？偨Y(jié)展望

相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除技術(shù)，3D打印采用的是材料累加的制造方法，不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，利用