白皮書(shū)下載：金屬3D打印重復(fù)性和優(yōu)秀品質(zhì)的5大因素

南極熊3D打印網(wǎng)了解到,，金屬增材制造是一種復(fù)雜工藝，通過(guò)不同系統(tǒng)間互相配合來(lái)實(shí)現(xiàn),。想要正確組合這些不同變量來(lái)獲得優(yōu)質(zhì),、可重復(fù)的部件或流程,，需要對(duì)增材制造有一定的了解，而這需要花時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)及完善,。因此，并非所有金屬增材制造打印機(jī)的設(shè)計(jì)目的都一樣,。同時(shí)顯而易見(jiàn)的是,，那些同時(shí)投入精力掌握激光控制、粉末管理,、惰性氣體管理,、實(shí)施流程監(jiān)控以及作業(yè)準(zhǔn)備軟件的制造商可提供出色的金屬增材制造解決方案。

這些因素不僅能夠?qū)崿F(xiàn)部件到部件和作業(yè)到作業(yè)可重復(fù)性,，也是真正可擴(kuò)展性的基礎(chǔ),，在不同 3D 打印機(jī)和不同制造場(chǎng)所都能實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性。關(guān)鍵在于先進(jìn)智能的打印機(jī)工程,，以使各行業(yè)的公司能夠輕松靈活地以較低總體運(yùn)營(yíng)成本 (TCO) 打印優(yōu)質(zhì)金屬部件,。

影響金屬增材制造品質(zhì)和可重復(fù)性的因素包括：

1. 出色的激光控制，以實(shí)現(xiàn)高材料品質(zhì)和部件準(zhǔn)確度
2. 定性使用粉末和工藝排放物去除,，以實(shí)現(xiàn)卓越增材制造
3. 穩(wěn)定的超低氧氣水平惰性氣體,，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的金屬增材制造
4. 實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)控，以支持質(zhì)量跟蹤和信息可追溯
5. 涵蓋從設(shè)計(jì)到后處理的整個(gè)增材制造工作流程的軟件

因素1：出色的激光控制,，以實(shí)現(xiàn)高材料品質(zhì)和部件準(zhǔn)確度

△從激光源到熔融粉末顆粒的準(zhǔn)確,、穩(wěn)定的光學(xué)鏈可確保動(dòng)態(tài)、定性的金屬打印過(guò)程

從激光光源到粉末顆粒熔化的流程鏈,，是每臺(tái)金屬 3D 打印機(jī)的核心,。這一過(guò)程中做出的任何讓步都會(huì)降低增材制造工藝的質(zhì)量和準(zhǔn)確度，從而對(duì)所生產(chǎn)的部件造成負(fù)面影響,。

如上所述,，金屬增材制造是一種光學(xué)工藝。因此,，激光光源和整個(gè)光學(xué)過(guò)程必須準(zhǔn)確,、穩(wěn)定。

激光源必須發(fā)出高強(qiáng)度激光束,，以將能量送入光學(xué)過(guò)程,。在 3D Systems 打印機(jī)中，準(zhǔn)直器設(shè)備將激光轉(zhuǎn)換為平行光束,，該光束的直徑針對(duì)材料類型和處理?xiàng)l件經(jīng)過(guò)優(yōu)化,。在整個(gè)光學(xué)鏈中，該平行光束使用不會(huì)像熱透鏡那樣發(fā)生熱降級(jí)的低吸收性,、高品質(zhì)光學(xué)元件進(jìn)行聚焦,。兩個(gè)均沿單個(gè)旋轉(zhuǎn)軸精準(zhǔn)受控的電流鏡同時(shí)將激光以相同強(qiáng)度偏轉(zhuǎn)到焦面（在此案例中,，焦面為粉床）上的任何位置。通常產(chǎn)生 50 或 65 微米（取決于 DMP 打印機(jī)類型）的細(xì)激光束,，可確保熔融恰當(dāng),、準(zhǔn)確度高的增材制造。結(jié)果,，DMP 系統(tǒng)品質(zhì)通�,？蓪�(shí)現(xiàn) 150 微米的壁厚，標(biāo)準(zhǔn)偏差可低至 25 微米,。

DMP 打印機(jī)具有到位的系統(tǒng)來(lái)主動(dòng)冷卻高強(qiáng)度激光源,、準(zhǔn)直器和掃描頭，以保持穩(wěn)定持續(xù)的運(yùn)行,。高精度光學(xué)鏈和這些 3D 打印機(jī)準(zhǔn)確的分層系統(tǒng)相結(jié)合,，構(gòu)成優(yōu)質(zhì)材料和部件表面質(zhì)量的基礎(chǔ)。為了向精確增材制造交付一致的性能,，我們開(kāi)發(fā)了工藝反應(yīng)艙的光學(xué)組件和機(jī)械結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)極高的剛性和熱穩(wěn)定性,。

因素 2、定性粉末使用和過(guò)程排放物去除,，以實(shí)現(xiàn)最佳增材制造

由于氬氣流量管理不當(dāng)導(dǎo)致的過(guò)程排放物對(duì)金屬增材制造中的質(zhì)量不利,。同樣，使用質(zhì)量或純度不理想或與打印參數(shù)不充分匹配的合金粉末也會(huì)打印過(guò)程不利,。
上述關(guān)于打印機(jī)激光光學(xué)的討論假定使用質(zhì)量和純度均為優(yōu)異的優(yōu)質(zhì)金屬合金粉末,。建議使用針對(duì)金屬增材制造目的專門開(kāi)發(fā)和供應(yīng)的即用型金屬合金粉末。例如,，LaserForm®材料在供應(yīng)時(shí)會(huì)隨附全面測(cè)試的構(gòu)建參數(shù),，與 3D Systems 的 DMP 打印機(jī)搭配使用。

根據(jù)您的應(yīng)用,，可選擇各種合金材料,，包括鋁、馬氏體時(shí)效鋼,、鋼以及各種等級(jí)的鈦,、鎳和鈷鉻合金等。在金屬增材制造打印機(jī)上使用經(jīng)優(yōu)化和微調(diào)的粉末類型有助于獲得質(zhì)量更高的部件及提升一次成功的體驗(yàn),。打印文件以針對(duì)每種材料廣泛開(kāi)發(fā)的算法為基礎(chǔ),，為 3D 打印機(jī)的打印內(nèi)容以及如何打印提供了說(shuō)明。這些算法的質(zhì)量對(duì)最終部件的質(zhì)量有重大影響,，并從根本上減少了客戶實(shí)現(xiàn)任何特定部件的目標(biāo)特性所需的時(shí)間,。

由于金屬增材制造本質(zhì)上是一種使用粉末的焊接工藝，因此適當(dāng)管理打印室中的氬氣流量非常重要。如果氬氣流量管理不當(dāng),，所排放的顆粒就存在吸收激光能量的風(fēng)險(xiǎn),。為避免質(zhì)量問(wèn)題，需要使用穩(wěn)健且高度可控的氬氣流量系統(tǒng),。

DMP 系列打印機(jī)就具備此類系統(tǒng),，通過(guò)強(qiáng)大的硬件在粉床上維持平行一致的氬氣流。穩(wěn)定的氬氣流可防止粉末顆粒和排放物上升到激光窗口,，從而在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)期間保持氬氣流清潔,。這有助于確保優(yōu)質(zhì)的激光束質(zhì)量，并避免因熱透鏡而產(chǎn)生焦點(diǎn)偏移,。獨(dú)立于內(nèi)容物運(yùn)行的過(guò)濾器負(fù)責(zé)捕捉被清除的排放物。過(guò)濾器的獨(dú)立性和與氬氣流分離的污染物對(duì)于保持穩(wěn)定打印流程非常重要,。3D Systems 的所有 DMP打印機(jī)使用獨(dú)特的氣流管理系統(tǒng)來(lái)確保此獨(dú)立性,。過(guò)濾器狀態(tài)和氣流受到實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保護(hù)處理?xiàng)l件,。

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