【技術(shù)干貨】深度解剖金屬3d打印技術(shù)之SLM技術(shù)

本帖最后由小軟熊于 2017-7-11 14:26 編輯

我們一般看到的金屬粉末是這樣的

經(jīng)歷過不可抗拒的原因后來變下圖的樣子

據(jù)說罪魁禍首是激光,，金屬粉末究竟經(jīng)歷了什么過程,？
今天帶著大家沿著SLM（Selective Laser Melting）選擇性熔融這一技術(shù)來深度解剖,。

先來看看“案發(fā)現(xiàn)場”SLM280金屬3D打印機

SLM280成型倉內(nèi)部組成要素

我們來具體了解這一形成過程：

每個最終的零件都是由一層層熔融而成,，每熔融一層,，平臺下降，新的粉末鋪滿此層重復上述過程,。其真正的成型原理是激光將一定能量密度的能量打到粉末層,，使得所掃描的區(qū)域內(nèi)粉末達到熔融狀態(tài)，粉末接收到的能量密度和激光的很多因素有關(guān),，比如掃描速度,，掃描間距，掃描功率，激光的能量在金屬粉末表面形成熱影響區(qū)形成熔池,，熔池影響周圍粉末成型焊接效果,。

激光會按照一定的規(guī)律和方向掃描到需要成型的熔融區(qū)域，根據(jù)不同材料合理的歸化掃描路徑,，將掃描區(qū)域分成條帶狀、棋盤狀等,，可以有效的釋放零件內(nèi)部應力,，規(guī)劃每層掃描向量可以減少內(nèi)部缺陷得到致密度更高，力學性能更好的零件,。

那么選擇性熔融這一過程中,，我們可以通過哪幾個方面來提升最終產(chǎn)品性能呢？我們可以通過幾個重要方面來重點分析一下,，下面是同一種材料在不同掃面間距下的放大圖,，我們可以看到隨著掃面間距的擴大到一定的范圍，會出現(xiàn)非常明顯的內(nèi)部缺陷：

雖然掃面間距大可以顯著提升成型速度,，但熔池范圍有限,，如果間距過大,，會使得熔覆寬度的搭接率太小,，嚴重的話會產(chǎn)生圖3這種效果。我們再來分析另外兩個因素,，激光功率和掃描速度也是決定能量密度的核心參數(shù),，直接影響成型零件的孔隙率，孔隙率又直接影響成品的機械性能等,。

我們以上圖的鋁合金為例,，我們可以發(fā)現(xiàn)隨著激光功率的升高和掃面速度的降低會使得零件的孔隙率降低。這種趨勢是因為更高的能量密度使得粉末更好的熔融形成的,，那么是不是能量密度越高越好呢,？當然沒那么簡單，首先能量太高也會使得零件內(nèi)部氣體不能排除產(chǎn)生空隙,。如下圖：

很多條件下激光參數(shù)產(chǎn)生的結(jié)果不是線性的,，在高能量密度下這一過程就會變得相對復雜，舉個例子：

上圖是銅合金的研究中,，分別給出了,，激光功率，掃描速度,，掃描間距對致密度的影響,，可以看出很特別的是隨著掃描間距的擴大，能量密度雖然降低了，但是致密度并沒有太大變化,，這種現(xiàn)象是由包晶和共晶共同影響的,。

再來看看不同的光斑直徑對打印效果的影響：

光斑不可以過大,，同樣的能量密度下,，隨著光斑直徑的變大會使得能量集中在上表面，每層下方的粉末不能良好的收到激光熔池的影響有效融化,，直接影響零件質(zhì)量,。零件垂直方向的拉伸強度降低,，更容易產(chǎn)生裂痕,。綜上，想得到理想的打印效果要考慮很多因素,，只有不斷摸索更合適的工藝才能更好克服弊端，將SLM技術(shù)應用在各個領(lǐng)域,。

近日,，3D打印界出了一條爆炸性新聞,，三的部落所代理的高端品牌德國SLM Solutions通過其在中國的渠道銷售獲得了總金額高達1300萬美元的訂單-10臺SLM 500型金屬3D打印機,。

SLM Solutions是一家總部位于德國呂貝克的3D打印設備制造商，專注于選擇性激光熔融(SLM)技術(shù),。公司前身是MTT技術(shù)集團德國呂貝克有限公司，2010年更名為SLM Solutions GmbH,。而MMT隸屬于英國老牌上市公司MCP,，2000年推出SLM技術(shù)，2006年推出第一個鋁,、鈦金屬SLM 3D打印機,，三的部落是slm solution 大中華地區(qū)首家品牌代理商。

主要產(chǎn)品：SLM 125,、SLM 280,、SLM 500系列選擇性激光熔融——SLM 3D金屬打印機，最大成型空間達到500x280x325mm,，甚至可以裝配兩個1000W激光器,。這種技術(shù)是采用高精度激光束連續(xù)照射包括鈦、鋼,、鋁,、金在內(nèi)的金屬粉末，將其焊接成型的技術(shù)，而德國SLM Solutions在這一技術(shù)上有著多項專利,，居于領(lǐng)先地位,。其3D打印機已經(jīng)應用于汽車、消費電子,、科研,、航空航天,、工業(yè)制造,、醫(yī)療等行業(yè)。