零件怎么成形？看激光選區(qū)熔化技術(shù)的操作！

成型原理和裝備：

SLM成形原理是:經(jīng)過成形腔氣氛準(zhǔn)備后(初始氧含量通常低于0.01%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，合金和金屬鎢材料成形則需要更低的氧含量)，工作平臺下降，粉料缸上升(或者采用粉料斗靠粉末重力落粉)，自動鋪粉裝置利用陶瓷或者橡膠刮刀在工作平臺基板上鋪設(shè)金屬粉末(厚度為20μm~100μm)，然后利用高能熱源(激光束光斑直徑為50~100μm)在高速振鏡配合下按照計(jì)算機(jī)切片形狀和外形軌跡快速掃描，松散狀態(tài)的粉末薄層中受激光輻照區(qū)域發(fā)生熔化/凝固，其他區(qū)域粉末仍保持未熔狀態(tài)并起到一定的后續(xù)支持作用。通過逐層鋪粉、逐層熔化凝固的方式，成形復(fù)雜形狀三維零件。

近幾年，歐洲等發(fā)達(dá)國家先后開發(fā)出新型SLM成形設(shè)備，大幅提高激光掃描的速度,縮短成形時(shí)間，成形零件性能與鍛件相當(dāng)。目前SLM成形商業(yè)化設(shè)備最大加工體積可達(dá)到750mm*500mm*500mm。國內(nèi)在激光3D打印成形硬件系統(tǒng)、工藝特性和制件質(zhì)量等方面部分達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平，形成了與國外齊頭并進(jìn)的局面(打印尺寸達(dá)到500mmX500mmX500mm)；在設(shè)計(jì)理念、材料基礎(chǔ)工藝研究、表面精度、支撐設(shè)計(jì)、成形效率等方面仍處于起步階段，與歐美發(fā)達(dá)國家存在較大差距。

目前，國外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)與輕量化技術(shù)應(yīng)用于SLM，有“制造引導(dǎo)設(shè)計(jì)、制造性優(yōu)先設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念向“設(shè)計(jì)引導(dǎo)制造、功能性優(yōu)先設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)”的3D打印設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變，國內(nèi)這項(xiàng)工作還未進(jìn)行規(guī)�；�開展。國內(nèi)公司研究出軍品配套企業(yè)，基于拓?fù)鋬?yōu)化和輕量設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)全尺寸雷達(dá)支架整體3D打印快速制造，減重42%。

近幾年，SLM技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用最大的瓶頸仍然是多品種材料基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)庫的建立。同時(shí)，在技術(shù)領(lǐng)域還需要開展以下工作:研究構(gòu)件成形工藝參數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)行構(gòu)件的工藝技術(shù)研發(fā)，建立激光成形構(gòu)件的工藝規(guī)程；研究高能束功率密度、掃描間距、掃描速度、基底/粉末溫度等參數(shù)對吹粉、球化現(xiàn)象的影響:研究熔池快速移動冷卻凝固及多重?zé)嵫�環(huán)條件下構(gòu)件熔凝及連續(xù)冷卻組織演變規(guī)律，，通過成形路徑規(guī)劃工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的組織性能綜合調(diào)控。

SLM成形材料與工藝：

世界3D打印行業(yè)專家根據(jù)SLM工藝給出了SLM金屬粉末通用標(biāo)準(zhǔn):尺寸在15~60μm的金屬粉末，盡可能同時(shí)滿足純度高、少無空心，衛(wèi)星粉少(實(shí)心最佳)、粒度分布窄、球形度高、氧含量低、流動性好和松裝密度高等要求。理想的SLM專用粉末如下圖所示。國外在19世紀(jì)末就實(shí)現(xiàn)了超細(xì)粉末的規(guī)�；�工業(yè)生產(chǎn)，通過近30年的發(fā)展，成功采用真空感應(yīng)氣體霧化(VIGA)法、無坩堝電極感應(yīng)熔化氣體霧化(EIGA)法、等離子旋轉(zhuǎn)霧化(PREP)法以及等離子火炬(PA)法等方法制備SLM專用粉末材料,已經(jīng)具備成熟穩(wěn)定的批量供貨能力。

國內(nèi)制備高性能SLM專用粉末材料的方法主要有兩種，一種是高速等離子旋轉(zhuǎn)電極法，一種是氣體霧化法。如今，國內(nèi)基本具備利用這兩種工藝制備球形金屬粉末材料的硬件能力，但材料的種類偏少、產(chǎn)能較低、批次穩(wěn)定性較差。國內(nèi)自己生產(chǎn)的金屬粉末與國外進(jìn)口的金屬粉末進(jìn)行比較，在粉末形貌、衛(wèi)星粉、空心粉等部分指標(biāo)上基本相當(dāng)，但是國產(chǎn)金屬粉末細(xì)粉出粉率不高，試用后反饋氧含量控制不穩(wěn)定，成形試樣力學(xué)性能不理想。目前。國內(nèi)軍用鈦合金、鋁合金等3D打印專用球形粉末基本來自國外進(jìn)口，其中鋁合金件金屬粉末只有常規(guī)的A1Si12、A1Si7Mg、A1Si10Mg，而2系鋁合金和7系鋁合金粉末等軍工常用材料只能定制生產(chǎn)。

目前，粉末制備方法按照制備工藝主要可分為還原法、電解法、羰基分解法、研磨法、霧化法等。其中，還原法、電解法和霧化法生產(chǎn)的粉末作為原料應(yīng)用到粉末冶金工業(yè)的情況較為普遍。但電解法和還原法僅用于單質(zhì)金屬粉末的生產(chǎn)，對于合金粉末這些方法均不適用。霧化法可以用于合金粉末的生產(chǎn)，同時(shí)現(xiàn)代霧化工藝對粉末的形狀也能夠予以控制，不斷發(fā)展的霧化腔結(jié)構(gòu)大幅提高了霧化效率，使得霧化法逐漸發(fā)展成為主要的粉末生產(chǎn)方法。霧化法生產(chǎn)的金屬粉末能夠滿足3D打印的特殊要求。霧化法是指通過機(jī)械方法使金屬溶液粉碎成尺寸小于150μm的顆粒方法。按照粉碎金屬熔融液的方式分類，霧化法包括二流霧化法、離心霧化法、超聲霧化法、真空霧化法等。這些制備方法各自有自身的特點(diǎn)，都已經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。其中水氣霧化法具有生產(chǎn)設(shè)備及工藝簡單、能耗低、可批量生產(chǎn)等優(yōu)勢，成為金屬粉末的主要工業(yè)化生產(chǎn)方法。

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