粉体圈首页     您好,欢迎来到粉体圈网络!
个人注册   企业注册   登录   找回密码   进入供求市场
粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。 粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。
当前位置:粉体圈首页>粉体技术>粉体加工技术>正文
当代马良的神笔:金属3D打印技术
2019年06月25日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:440
0

神笔马良的故事大家小时候应该都看过吧,也大概都会想,如果自己能够拥有这样一支神笔,会画些什么……渐渐地长大以后,意识到画一幅画能变成实物,只不过是个美丽的神话。没想到如今,3D打印技术的日渐成熟竟让这个异想天开的想法有成为现实的可能。神话中,马良的画笔一挥,要啥就有啥,可终究只是神话。但3D打印技术也有异曲同工之妙,采用3D打印技术也能做出“立体的画”,而这幅画的品质则取决于其所使用的粉体原料。

采用金属粉体作为原料的金属3D打印是3D打印技术体系中的一大重要分支,可以说是先进制造发展的一个重要方向。想必很多人都好奇,金属3D打印是如何实现的,有什么优势?在不同领域有怎样的运用?其对原料粉体又有怎样的要求?

本篇文章,小编将给大家一一分说!

金属3D打印是如何实现的?

金属3D打印技术就是用逐层堆积金属粉体材料的方式,获得立体的实物。首先,通过扫描仪或电脑制图软件这支“神笔”绘制出所打印物体的三维数据,然后将数据导入3D打印机,用专用软件进行分层处理,每一层形成二维图形数据,然后专用软件根据每一层的二维图形数据进行线扫描或点打印路径规划和自动编程,形成打印机识别的数控G码程序,然后打印机启动这些程序,进行逐点逐线逐面打印,直到完成实物的成型。基本思路就是先将虚拟数据离散化处理,然后将离散数据用打印机变成实体,技术路径分解描述如下:

3D体数据--2D面数据--1D线数据--0D点数据--G代码--打印头扫描--0D点成型--1D线成

相比传统制造工艺,3D打印具有很多优势,包括:材料总体利用率高;无需开模,制造工序少,周期短;可制造复杂结构的零件,如内部随形流道;根据力学性能要求自由设计,不用考虑制造工艺等。


金属3D打印技术有何运用?

目前,金属3D打印如今已经成为行业增速第一名,并且在日常生活中的各个领域都有着广泛应用主要应用于工业、航空航天、汽车、医疗以及珠宝领域,用于这些领域共同特点就是个性化、小批量的快速制造。相对来说,医疗行业3D打印的应用发展速度较快,而其他领域发展较缓慢,主要原因是医疗领域充分利用了3D打印个性化制造的特点,对3D打印产品的机械强度和效率等要求较低,其他领域都对打印零部件的内部质量、机械强度、成型速度、配合精度均提出高要求。

3D打印钴铬合金牙齿托

1.工业领域

工业生产行业中,无论是原型制造还是模型生产几乎都会使用金属3D打印技术,一些大部件的零部件也会使用3D打印机来生产,再进行组装。相比传统制造工艺,3D打印技术能够在降低生产成本、缩短生产时间的同时达到更大的生产量。工程机械、模具等零部件一般使用铁基材料、铜及铜合金材料。

2.航空航天领域

金属3D打印零件已经成为航空和航空航天领域的关键。世界上的诸多大国都已经开始运用金属3D打印技术,来实现国防、航天等领域的发展。GE公司曾在意大利建造的世界上第一个3D打印厂就负责为飞跃喷气发动机制造零部件,这足以证明了金属3D打印的能力。航空航天用3D打印零部件多采用镍基、钛及钛合金、铝合金、铜及铜合金材料。

3.汽车领域

金属3D打印在汽车行业的应用时间不算太长,但是潜力巨大、发展迅速。目前已经有宝马、奥迪等知名汽车制造商在认真研究如何使用金属3D打印技术来改革生产方式。未来金属3D打印制造技术可以应用到汽车外围设备、引擎部分、冷却系统、传动系统、传动轴和底盘制造中,多使用铝合金材料制造。

4.医疗领域

金属3D打印在医疗领域的应用可以说非常普遍的了,其中特别是牙科、骨科。医药领域打印使用3D技术最大的好处自然是可定制性,医生可以根据病人的具体情况进行植入物的设计。这样一来,病人的治疗过程会减少痛苦,术后也少了很多麻烦。且其具有高强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等,是其他医用材料无法代替的。医疗领域多采用钛及钛合金材料、钴铬合金材料。

第四军医大学西京骨科医院采用金属3D打印技术制备出与患者锁骨和肩胛骨完全一致的钛合金假体,并成功植入骨肿瘤患者体内。

5.珠宝领域

目前,许多珠宝制造商正在从树脂3D打印和蜡模制造向金属3D打印转型。随着人们生活水平的不断提升,对于珠宝首饰的要求也更高。人们不再喜欢市场上平平无奇的首饰,而是希望拥有独一无二的定制首饰。因此,脱离模具实现定制化将是珠宝产业未来的发展趋势,而这其中,金属3D打印则将扮演着非常重要的角色,在珠宝行业大多使用贵金属材料。

金属3D打印珠宝:蒲凯伦《宫·乐》

金属3D打印对原料粉体有何要求?

金属3D打印工艺的关键原材料即是金属粉体,故其制品的品质很大程度上取决于金属粉体原料的选择。其对于金属粉体的要求主要在于以下几个方面:

1.原料粉体纯度

粉体原料中主要含有的金属元素有Fe、Ti、Ni、Al、Cu、Co、Cr以及贵金属Ag、Au等。除了金属元素之外也或多或少会含有杂质,杂质成分有还原铁中的Si、Mn、C、S、P、O等,此外还有粉体表面吸附的水及其他气体等。

3D打印制品成型过程中,粉体中若存在的杂质与基体发生反应,则会改变基体性质,影响制品品质。杂质也会使粉体熔化不均,易造成制件的内部缺陷。粉末具有大的比表面积,当粉体含氧量较高时,金属粉体不仅易氧化形成氧化膜,还会导致球化现象,影响制件的致密度及品质。尤其是在航空航天等特殊应用领域,客户对此指标的要求更为严格。

因此,需要严格控制原料粉体的纯净度以保证制品的品质,3D打印用金属粉体需要采用纯度较高的金属粉体原料。

2.粉体颗粒形状

常见的颗粒的形状有球形、近球形、片状、针状及其他不规则形状等。不规则的颗粒具有更大的表面积,有利于增加烧结驱动。但球形度高的粉体颗粒流动性好,送粉铺粉均匀,有利于提升制件的致密度及均匀度。一般而言,球形度越高,粉末颗粒的流动性也越好。3D打印金属粉末球形度在98%以上,则打印时铺粉及送粉更容易进行。

3.粉体粒度及粒度分布

粉体是通过直接吸收激光或电子束扫描时的能量而熔化烧结,粒子小则表面积大,直接吸收能量多,更易升温,越有利于烧结。此外,粉体粒度小,粒子之间间隙小,松装密度高,成形后零件致密度高,因此有利于提高产品的强度和表面质量。但粉体粒度过小时,粉体易发生粘附团聚,导致粉体流动性下降,影响粉料运输及铺粉均匀。

通常,金属3D打印使用的粉末粒度范围是15~53μm(细粉)、53~105μm(粗粉),部分场合下可放宽至105~150μm(粗粉)。这是因为不同能量源的金属打印机对粉末粒度要求不同。细粉、粗粉应该以一定配比混合,选择恰当的粒度与粒度分布以达到预期的成形效果。

金属原料粉体SEM图片

4.粉体松装密度与振实密度

松装密度是指粉末自然堆积时的密度,振实密度是粉末经过振动后的密度。一般情况下,粉末粒度越粗,球形度越好、松装密度就越大,粗细搭配的粉末能够获得更高的松装密度和更低的孔隙率,成形后的零件致密度更高、成形质量更好。

5. 粉体流动性

粉体的流动性直接影响铺粉的均匀性或送粉的稳定性。粉末流动性太差,易造成粉层厚度不均,进而使扫描区域内的金属熔化量不均,导致制件内部结构不均,影响成形质量;而高流动性的粉末易于流化,沉积均匀,粉末利用率高,有利于提高3D打印成形件的尺寸精度和表面均匀致密化。

6. 循环性能

3D打印过程结束后,留在粉床中未熔化的粉末通过筛分回收仍然可以继续使用。但长时间的高温环境下,粉床中的粉末会有一定的性能变化。需要搭配具体工艺选用回收率。

总而言之,金属3D打印是一个新的数字化制造技术,它的发展将给我们的生活方式和工作方式带来变化,它是传统工业的有益补充。随着科技发展,将会给3D打印技术带来巨大突破,3D打印技术也会发展成制造业的主角。若能把金属3D打印技术做到简易操作、高效、高精度、低成本,就会带来一场新的“工业革命”。

粉体圈 作者:朱朱


相关内容:
0
 

点击加入粉体技术交流群粉体技术群
返回页顶