一文看懂五種金屬3D打印技術(shù)原理

一文看懂五種金屬3D打印技術(shù)原理如今，隨著科技的快速發(fā)展，具有短期制造、按需制造、快速原型優(yōu)勢的金屬3D打印技術(shù)，正在使很多不可能成為可能。目前市場上主流的金屬3D打印技術(shù)主要有以下五種：激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）、納米顆粒噴射金屬成型（NPJ）、激光選區(qū)熔化（SLM）、激光近凈成型（LENS）和電子束選區(qū)熔化（EBSM）技術(shù)。下面，給大家介紹一下這五種金屬3D打印技術(shù)的基本工作原理。一、SLS激光選區(qū)燒結(jié)工作原理：預(yù)先在工作臺上鋪一層粉末材料，激光在計算機控制下，按照界面輪廓信息，對實心部分粉末進行燒結(jié)，然后不斷循環(huán)，層層堆積成型。SLS法采用紅外激光器作能源，使用的造型材料多為粉末材料。加工時，首先將粉末預(yù)熱到稍低于其熔點的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平；激光束在計算機控制下根據(jù)分層截面信息進行有選擇地?zé)Y(jié)，一層完成后再進行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。由于該成型方法有著制造工藝簡單，柔性度高、材料選擇范圍廣、材料價格便宜、成本低、材料利用率高、成型速度快等特點，主要應(yīng)用于鑄造業(yè)，并且可以用來直接制作快速模具。二、NPJ納米顆粒噴射金屬成型工作原理：先將金屬以液體的形式裝入3D打印機，打印時用含金屬納米顆粒的液體噴射成型。然后通過加熱將多余的液體蒸發(fā)留下金屬部分，最后通過低溫?zé)Y(jié)完成成型。該成型方法能夠使用普通的噴墨打印頭作為工具，無需借助任何外力即可通過專門的技術(shù)融化去除支撐結(jié)構(gòu)，因為是通過融化去除的，理論上可以無限添加，給予設(shè)計師更大的自由。除金屬材料外，其在陶瓷技術(shù)上的突破使得應(yīng)用擴展至牙科、醫(yī)療和特定工業(yè)領(lǐng)域。三、SLM激光選區(qū)熔化工作原理：利用高能量激光束將三維模型切片后的二維截面上的金屬合金粉末熔化，由下而上逐層打印出任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)和接近100％致密度的金屬零件。SLM技術(shù)主要利用CAD三維軟件設(shè)計三維模型，并導(dǎo)出為切片軟件能夠識別的文件格式；對三維模型進行切片操作并添加支撐和分層處理，得到三維模型的截面輪廓數(shù)據(jù)；利用路徑規(guī)劃軟件對輪廓數(shù)據(jù)進行掃描路徑處理，將路徑規(guī)劃后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入SLM設(shè)備中，工控機按照每層輪廓的掃描路徑，控制激光束選區(qū)逐層熔化金屬合金粉末，逐層堆疊成致密的三維金屬零件實體。SLM技術(shù)的優(yōu)勢在于對材料利用率高，所制造的金屬零件尺寸精度高，且能夠自由設(shè)計。其局限性在于設(shè)備組件成本高、無法實現(xiàn)產(chǎn)品批量生產(chǎn)、加工所需金屬合金粉末標準不統(tǒng)一。因此，SLM主要應(yīng)用于在航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，適合于鈦合金、鎳合金等貴重和難加工金屬零部件的制造。四、LENS激光近凈成型工作原理：計算機將零件的三維CAD模型分層切片，得到零件的二維平面輪廓數(shù)據(jù)，將輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)控工作臺的運動軌跡。同時金屬粉末以一定的供粉速度送入激光聚焦區(qū)域內(nèi)，快速熔化凝固，通過點、線、面的層層疊加，最后形成三維近凈形的金屬零件。LENS可實現(xiàn)金屬零件的無模制造，成形得到的零件組織致密，具有明顯的快速熔凝特征，力學(xué)性能很高，并可實現(xiàn)非均質(zhì)和梯度材料零件的制造以及鈦合金等高強度金屬件加工。五、EBDM電子束選區(qū)熔化工作原理：先將零件三維CAD模型進行切片分層處理，將得到的離散數(shù)據(jù)輸入成形系統(tǒng)。在成形系統(tǒng)進行預(yù)熱處理，然后，電子束會根據(jù)零件CAD數(shù)據(jù)熔化預(yù)先鋪好在工作臺上的粉末，一層加工完成后，工作臺下降一個層厚的高度，再進行下一層鋪粉和熔化，同時新熔化層與前一層熔合為一體。如此反復(fù)進行，層層堆積，直接成型制造出三維零件。EBDM技術(shù)具有加工速