金屬零件3D打印技術作為整個3D打印體系中最前沿和最有潛力的技術,是先進制造技術的重要發展方向。按照金屬粉末的添置方式將金屬3D打印技術分為三類:(1)使用激光照射預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。這種方法目前被設備廠家及各科研院所廣泛采用,包括直接金
屬激光燒結成型(Direct Metal Laser Sintering,DMLS)、激光選區熔化(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工作(Laser Engineered Net Shaping,LENS)。該方法目前在國內使用比較多;(3)采用電子束熔化預先鋪展好的金屬粉末(Electron Beam Melting,EBM),此方法與第1類原理相似,只是采用熱源不同。
激光選區熔化技術是金屬3D打印領域的重要部分,其采用精細聚焦光斑快速熔化300-500目的預置粉末材料,幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結合的功能零件。致密度可達到近乎100%,尺寸精度達20-50微米,表面粗糙度達20-30微米,是一種極具發展前景的快速成型技術,而且其應用范圍已拓展到航空航天、醫療、汽車、模具等領域。
目前SLM設備的研究和開發也成為了國內外快速成型領域的熱點。本文對SLM設備的組成和成型原理進行了一個概述性的介紹,對比了國內外SLM設備的參數,并對SLM設備和技術的發展進行了展望。
SLM成型設備
SLM設備一般由光路單元、機械單元、控制單元、工藝軟件和保護氣密封單元幾個部分組成。
光路單元主要包括光纖激光器、擴束鏡、反射鏡、掃描振鏡和F-?聚焦透鏡等。激光器是SLM設備中最核心的組成部分,直接決定了整個設備的成型質量。近年來幾乎所有的SLM設備都采用光纖激光器,因光纖激光器具有轉換效率高、性能可靠、壽命長、光束模式接近基模等優點。由于激光光束質量很好,激光束能被聚集成極細微的光束,并且其輸出波長短,因而光纖激光器在精密金屬零件的激光選區熔化快速成型中有著極為明顯的優勢。擴束鏡是對光束質量調整必不可少的光學部件,光路中采用擴束鏡是為了擴大光束直徑,減小光束發散角,減小能量損耗。掃描振鏡由電機驅動,通過計算機進行控制,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,須用專用平場F-?掃描透鏡,使得聚焦光斑在掃描范圍內得到一致的聚焦特性。
機械單元主要包括鋪粉裝置、成型缸、粉料缸、成型室密封設備等。鋪粉質量是影響SLM成型質量的關鍵因素,目前SLM設備中主要有鋪粉刷和鋪粉滾筒兩大類鋪粉裝置。成型缸與粉料缸由電機控制,電機控制的精度也決定了SLM的成型精度。