金屬零件3D打印技術(shù)作為整個(gè)3D打印體系中最前沿和最有潛力的技術(shù),是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。按照金屬粉末的添置方式將金屬3D打印技術(shù)分為三類(lèi):(1)使用激光照射預(yù)先鋪展好的金屬粉末,即金屬零件成型完畢后將完全被粉末覆蓋。這種方法目前被設(shè)備廠(chǎng)家及各科研院所廣泛采用,包括直接金
屬激光燒結(jié)成型(Direct Metal Laser Sintering,DMLS)、激光選區(qū)熔化(Selective laser melting, SLM)和LC(Laser Cusing)等;(2)使用激光照射噴嘴輸送的粉末流,激光與輸送粉末同時(shí)工作(Laser Engineered Net Shaping,LENS)。該方法目前在國(guó)內(nèi)使用比較多;(3)采用電子束熔化預(yù)先鋪展好的金屬粉末(Electron Beam Melting,EBM),此方法與第1類(lèi)原理相似,只是采用熱源不同。
激光選區(qū)熔化技術(shù)是金屬3D打印領(lǐng)域的重要部分,其采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化300-500目的預(yù)置粉末材料,幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結(jié)合的功能零件。致密度可達(dá)到近乎100%,尺寸精度達(dá)20-50微米,表面粗糙度達(dá)20-30微米,是一種極具發(fā)展前景的快速成型技術(shù),而且其應(yīng)用范圍已拓展到航空航天、醫(yī)療、汽車(chē)、模具等領(lǐng)域。
目前SLM設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)也成為了國(guó)內(nèi)外快速成型領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文對(duì)SLM設(shè)備的組成和成型原理進(jìn)行了一個(gè)概述性的介紹,對(duì)比了國(guó)內(nèi)外SLM設(shè)備的參數(shù),并對(duì)SLM設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。
SLM成型設(shè)備
SLM設(shè)備一般由光路單元、機(jī)械單元、控制單元、工藝軟件和保護(hù)氣密封單元幾個(gè)部分組成。
光路單元主要包括光纖激光器、擴(kuò)束鏡、反射鏡、掃描振鏡和F-?聚焦透鏡等。激光器是SLM設(shè)備中最核心的組成部分,直接決定了整個(gè)設(shè)備的成型質(zhì)量。近年來(lái)幾乎所有的SLM設(shè)備都采用光纖激光器,因光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、性能可靠、壽命長(zhǎng)、光束模式接近基模等優(yōu)點(diǎn)。由于激光光束質(zhì)量很好,激光束能被聚集成極細(xì)微的光束,并且其輸出波長(zhǎng)短,因而光纖激光器在精密金屬零件的激光選區(qū)熔化快速成型中有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)。擴(kuò)束鏡是對(duì)光束質(zhì)量調(diào)整必不可少的光學(xué)部件,光路中采用擴(kuò)束鏡是為了擴(kuò)大光束直徑,減小光束發(fā)散角,減小能量損耗。掃描振鏡由電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,可以使激光光斑精確定位在加工面的任一位置。為了克服掃描振鏡單元的畸變,須用專(zhuān)用平場(chǎng)F-?掃描透鏡,使得聚焦光斑在掃描范圍內(nèi)得到一致的聚焦特性。
機(jī)械單元主要包括鋪粉裝置、成型缸、粉料缸、成型室密封設(shè)備等。鋪粉質(zhì)量是影響SLM成型質(zhì)量的關(guān)鍵因素,目前SLM設(shè)備中主要有鋪粉刷和鋪粉滾筒兩大類(lèi)鋪粉裝置。成型缸與粉料缸由電機(jī)控制,電機(jī)控制的精度也決定了SLM的成型精度。