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3D打印金属 3D 打印重复性和优秀品质的5大因素

1天前  1708

金属增材制造是一种复杂工艺,通过不同系统间互相配合来实现。想要正确组合这些不同变量来获得优质、可重复的部件或流程,需要对增材制造有一定的了解,而这需要花时间来学习及完善。因此,并非所有金属增材制造打印机的设计目的都一样。同时显而易见的是,那些同时投入精力掌握激光控制、粉末管理、惰性气体管理、实施流程监控以及作业准备软件的制造商可提供出色的金属增材制造解决方案。

这些因素不仅能够实现部件到部件和作业到作业可重复性,也是真正可扩展性的基础,在不同 3D 打印机和不同制造场所都能实现可重复性。关键在于先进智能的打印机工程,以使各行业的公司能够轻松灵活地以较低总体运营成本 (TCO) 打印优质金属部件。

影响金属增材制造品质和可重复性的因素包括:

1. 出色的激光控制,以实现高材料品质和部件准确度

2. 定性使用粉末和工艺排放物去除,以实现卓越增材制造

3. 稳定的超低氧气水平惰性气体,以实现优质的金属增材制造

4. 实时过程监控,以支持质量跟踪和信息可追溯

5. 涵盖从设计到后处理的整个增材制造工作流程的软件

因素1:出色的激光控制,以实现高材料品质和部件准确度

从激光源到熔融粉末颗粒的准确、稳定的光学链可确保动态、定性的金属打印过程

从激光光源到粉末颗粒熔化的流程链,是每台金属 3D 打印机的核心。这一过程中做出的任何让步都会降低增材制造工艺的质量和准确度,从而对所生产的部件造成负面影响。

如上所述,金属增材制造是一种光学工艺。因此,激光光源和整个光学过程必须准确、稳定。

激光源必须发出高强度激光束,以将能量送入光学过程。在 3D Systems 打印机中,准直器设备将激光转换为平行光束,该光束的直径针对材料类型和处理条件经过优化。在整个光学链中,该平行光束使用不会像热透镜那样发生热降级的低吸收性、高品质光学元件进行聚焦。两个均沿单个旋转轴精准受控的电流镜同时将激光以相同强度偏转到焦面(在此案例中,焦面为粉床)上的任何位置。通常产生 50 或 65 微米(取决于 DMP 打印机类型)的细激光束,可确保熔融恰当、准确度高的增材制造。结果,DMP 系统品质通常可实现 150 微米的壁厚,标准偏差可低至 25 微米。

DMP 打印机具有到位的系统来主动冷却高强度激光源、准直器和扫描头,以保持稳定持续的运行。高精度光学链和这些 3D 打印机准确的分层系统相结合,构成优质材料和部件表面质量的基础。为了向精确增材制造交付一致的性能,我们开发了工艺反应舱的光学组件和机械结构以实现极高的刚性和热稳定性。

因素 2、定性粉末使用和过程排放物去除,以实现最佳增材制造

由于氩气流量管理不当导致的过程排放物对金属增材制造中的质量不利。同样,使用质量或纯度不理想或与打印参数不充分匹配的合金粉末也会打印过程不利。

上述关于打印机激光光学的讨论假定使用质量和纯度均为优异的优质金属合金粉末。建议使用针对金属增材制造目的专门开发和供应的即用型金属合金粉末。例如,LaserForm®材料在供应时会随附全面测试的构建参数,与 3D Systems 的 DMP 打印机搭配使用。

根据您的应用,可选择各种合金材料,包括铝、马氏体时效钢、钢以及各种等级的钛、镍和钴铬合金等。在金属增材制造打印机上使用经优化和微调的粉末类型有助于获得质量更高的部件及提升一次成功的体验。打印文件以针对每种材料广泛开发的算法为基础,为 3D 打印机的打印内容以及如何打印提供了说明。这些算法的质量对最终部件的质量有重大影响,并从根本上减少了客户实现任何特定部件的目标特性所需的时间。

由于金属增材制造本质上是一种使用粉末的焊接工艺,因此适当管理打印室中的氩气流量非常重要。如果氩气流量管理不当,所排放的颗粒就存在吸收激光能量的风险。为避免质量问题,需要使用稳健且高度可控的氩气流量系统。

DMP 系列打印机就具备此类系统,通过强大的硬件在粉床上维持平行一致的氩气流。稳定的氩气流可防止粉末颗粒和排放物上升到激光窗口,从而在长时间作业期间保持氩气流清洁。这有助于确保优质的激光束质量,并避免因热透镜而产生焦点偏移。独立于内容物运行的过滤器负责捕捉被清除的排放物。过滤器的独立性和与氩气流分离的污染物对于保持稳定打印流程非常重要。3D Systems 的所有 DMP打印机使用独特的气流管理系统来确保此独立性。过滤器状态和气流受到实时监控,以保护处理条件。

文章来源:南极熊



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