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3D打印

激光束和电子束的金属3D打印技术比较

时间:2018-03-02 16:18:23   作者:   来源:   阅读:123   评论:0
    激光束式和电子束式对形状的再现性均有擅长和不擅长的部分。主要包括以下几个方面:

(1)极限造型角度方面,经确认,所有装置在相对于水平面约30度的角度下都发生形状崩塌。40度时没有发生,因此低于40度的角度应该需要用支撑体造型。

(2)横孔方面,在激光束式中,φ(直径)为0.5mm的孔出现变形,但φ为1~10mm可以再现孔的形状,并去除粉末。而在电子束式中,φ为0.5~8mm的孔就堵死了。这是因为,预热导致假烧结,实施喷砂清理时,小直径的孔喷不到。“如果是直线形状,用铁丝等捅一捅就能去除粉末。不过,如果是冷却水管等形状复杂的构造部件,应该很难去除粉末”。

(3)圆棒的最小直径和(4)板的最薄厚度方面,激光束式比较有优势。以圆棒为例,激光束式针对φ0.3mm的设计值能再现φ0.29mm的圆棒,而电子束式在设计值为φ0.3mm和φ0.5mm时,都是再现φ0.75mm的圆棒。估计是因为激光束式不会出现假烧结,所以仅扫描的部分几乎完全正确地进行了烧结。不过,对这种细薄形状进行细长造型时,在积层方向的高度方面,电子束式比较占优势。利用激光束式进行薄板造型的话,厚度为0.3mm时最大只能造型7.3mm的高度。估计是因为,造型中的残余应力导致变形,造成了层间错位。(5)缝隙部分和边缘部分的形状方面,实际的造型物均比设计值稍窄一些,其中激光束式的偏差相对较小,再现性更出色。(6)锐角部分的形状也是激光束式的形状再现性更优异,而电子束式没有因为变形导致形状崩塌。

激光束和电子束的金属3D打印技术比较

    近年的金属3D打印机通过提高粉末的品质和热源的输出等,大幅提高了立体模型的密度。不过,立体模型依然会残留微小的气泡(气孔)。该公司观察截面发现,“造型后出现了多个20μm以下的气孔”。

    某公司通过HIP处理挤破了这些气孔。实施密度测量确认,密度有所改善*3。机械强度方面,经过HIP处理后,拉伸强度有所降低,不过断裂伸长率得到改善。激光束式和电子束式在实施HIP处理前和处理后“都实现了比作为普通钛64销售的板材优异的值”。

激光束和电子束的金属3D打印技术比较

    观察截面组织发现,由于激光束式不进行预热就造型,因此温度变化比较激烈,从组织上来看,形状与实施溶体化和时效处理后的组织非常接近。而电子束式由于实施了预热,组织形状看上去像是混合了针状组织一样。晶粒的生长方向均朝着积层造型方向生长。由于通过HIP处理进行了加热,二者整体都变成了针状组织。

     通过HIP处理有望大幅改善的是疲劳强度。研究机构公司实施旋转弯曲疲劳试验发现,激光束式和电子束式都通过HIP处理提高了疲劳极限。激光束式的疲劳强度(应力振幅)稍高一些。不过,通过实施HIP处理,疲劳强度大幅提高,二者基本相同了。

     具体而言,从实施107次疲劳试验后的应力振幅(疲劳强度)来看,激光束式单体(造型后的状态)的应力振幅为360~370MPa,电子束式单体约为250MPa,而经过HIP处理后确认,强度都提高到了600MPa。

     以上介绍了研究机构公司针对金属3D打印机的形状再现性和机械强度实施验证的结果。这些验证只是该公司在目前拥有的积层条件下实施的。山本表示,“为了实现更出色的造型,今后还将大力开发积层条件”。


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