逆向工程與快速成型技術應用 第4版 課件 4-4 了解金屬增材制造技術

（了解金屬增材制造的工藝及其特點）蘇州職業(yè)大學孫春華了解金屬增材制造技術目錄/CONTENTS2.金屬增材制造工作原理

了解各種金屬增材制造的工作原理。023.金屬增材制造技術的特點介紹各種生物3D打印工藝。031.金屬增材制造技術的分類了解金屬增材制造技術的分類方法。01金屬增材制造是最前沿和最有潛力的增材制造技術，是先進制造技術的重要發(fā)展方向之一。金屬增材制造技術是以高能束流（激光束/電子束/電弧等）作為熱源，通過熔化粉材或絲材實現(xiàn)金屬構件逐層堆積成形。Part1金屬增材制造技術的分類

激光選區(qū)熔化技術（SLM）是由粉床選區(qū)激光燒結(jié)技術（SLS）發(fā)展而來。該技術以金屬粉末為加工原料，采用高能密度激光束將鋪灑在金屬基板上的粉末逐層熔覆堆積，從而形成金屬零件的制造技術，構體的制造方法。Part2金屬增材制造工作原理1.激光選區(qū)熔化技術SLM是目前金屬增材制造中發(fā)展最成熟、應用最廣泛的技術。在SLM工藝中，所采用的激光具有如下特性：功率較低，一般200~1000W；但激光能量密度較高，可達8~106W/cm2；光斑直徑小，范圍為50-200μm；粉末沉積效率低，一般為5-30cm3/h；制造精度較高，層厚可設為20μm，最小壁厚可以達到100μm。采用SLM工藝成形的構件性能可達到同成分鍛件水平，精度遠高于精鑄工藝，零部件致密度近100%。目前受到SLM設備成形尺寸的限制，SLM主要用于制造中小型復雜精密構件，但隨著多振鏡和增/減材一體化技術的發(fā)展，SLM的應用領域和成形件尺寸都將得到進一步的發(fā)展，短期內(nèi)被其他技術取代的可能性不大。Part2金屬增材制造工作原理電子束選區(qū)熔化技術（EBSM）的原理與SLM類似，只不過EBSM是在真空環(huán)境中，以電子束作為輸出熱源。相比激光，電子束更容易獲得，可以相應的降低部分加工成本，同時真空的工作環(huán)境也可以有效保證鈦合金和鋁合金在內(nèi)的很多活潑金屬在加熱過程中不易被氧化。電子束選區(qū)熔化技術EBSM的優(yōu)點有：能量密度高，熱影響區(qū)小，變形小，生產(chǎn)率高等，缺點是須在真空環(huán)境中進行，需要一整套專用設備和真空系統(tǒng)，價格較貴，生產(chǎn)應用具有一定的局限性。由于電子束能力密度高，掃描速度快，束斑直徑大，雖成形精度不及激光選區(qū)熔化技術SLM，但隨著電子束技術的發(fā)展，EBSM技術將會得到快速的發(fā)展Part2金屬增材制造工作原理2.電子束選區(qū)熔化技術激光立體成形技術（LSF）通過快速成型技術和激光熔覆技術有機結(jié)合，利用高能量激光束將與光束同軸噴射或側(cè)向噴射的金屬粉末直接熔化為液態(tài)，通過運動控制，將熔化后的液態(tài)金屬按照預定的軌跡堆積凝固成形，獲得從尺寸和形狀上非常接近于最終零件的“近形”制件，因此又被稱為“激光近凈成形技術LENS“。Part2金屬增材制造工作原理3.激光立體成形技術激光立體成形技術成形具有如下特點：較大的激光功率（2-10kW）和光斑直徑（1-10mm），粉末沉積效率高（1-3kg/小時），近似凈形（一般有0.2-0.5mm的過量構建）。LSF成形技術的特點適合應用于大型構件毛坯件的加工成形，隨著增/減材一體化技術的發(fā)展，其應用將會進一步得到拓展。SLM和LSF這兩種激光成形工藝最重要的特點是熱量集中、加熱快、冷卻快、熱影響區(qū)小，但會影響金屬相形成的均勻度。Part2金屬增材制造工作原理3.激光立體成形技術電弧增材制造技術（WAAM），又稱為電熔增材制造（EAM），是以熔化極惰性氣體保護焊接、鎢極惰性氣體保護焊接以及等離子體焊接電源等焊機產(chǎn)生的電弧為熱源，采用電弧同步技術，通過金屬絲材的添加，在程序的控制下，按設定成形路徑在基板上堆積層片，層層堆敷直至金屬零件近凈成形。Part2金屬增材制造工作原理4.電子束熔絲沉積技術電弧增材制造WMMA的沉積層厚度為毫米量級，具有成形效率高，制造成本低等優(yōu)點，目前該技術主要用于制造大型零件毛坯。隨著技術的發(fā)展，通過增/減材一體化技術的復合，WMMA將為大型復雜構件的低成本制造提供一種替代方案。Part2金屬增材制造工作原理4.電子束熔絲沉積技術Part3金屬增材制造技術的特點Part3金屬增材制造技術的特點在選擇金屬增材制造工藝時，除了考慮不同工藝的特點外，還要考慮金屬增材制造時，所采用功率與成形質(zhì)量和成形效率之間的關系。金屬增材制造的功率選擇與成形質(zhì)量和成形效率件之間存在著矛盾。因此，在選擇金屬增材制造工藝時，要針對不同的應用領域，綜合評估權衡成形質(zhì)量、效率和成本之間的關系，選擇性價比最佳的快速成型工藝。思考與練習1.金屬增材制造的熱源有哪幾種？2.所采用的成形材料有哪幾種形式？3.哪種金屬增材制造工藝適用于直接制