選擇性激光熔融(SLM)技術(shù)由德國Froounholfer 研究 院于1995年首次提出,工作原理與SLS相似。SLM是將激光的能量轉(zhuǎn)化為熱能使金屬粉末成型,其主要區(qū)別在于SLS在制造過程中,金屬粉末并未完全熔化,而SLM在制造過程中,金屬粉末加熱到完全熔化后成型。
SLM工作流程為,打印機(jī)控制激光在鋪設(shè)好的粉末上方選擇性地對粉末進(jìn)行照射,金屬粉末加熱到完全熔化后成型。然后活塞使工作臺降低一個單位的高度,新的一層粉末鋪撒在已成型的當(dāng)前層之上,設(shè)備調(diào)入新一層截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行激光熔化,與前一層截面粘結(jié),此過程逐層循環(huán)直至整個物體成型。SLM的整個加工過程在惰性氣體保護(hù)的加工室中進(jìn)行,以避免金屬在高溫下氧化。
SLM技術(shù)打印過程
激光按當(dāng)前薄層的輪廓線選區(qū)熔化粉末
新一層粉末鋪撒在當(dāng)前層后,逐層熔化
獲得最終成品
選擇性激光熔化,顧名思義也就是在加工的過程中用激光使粉體完全熔化,不需要黏結(jié)劑,成型的精度和力學(xué)性能都比SLS要好。然而因?yàn)镾LM沒有熱場,它需要將金屬從20攝氏度的常溫加熱到上千度的熔點(diǎn),這個過程需要消耗巨大的能量。
優(yōu)勢&技術(shù)限制
SLM主要優(yōu)點(diǎn):
SLM成型的金屬零件致密度高,可達(dá)90%以上;
抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能指標(biāo)優(yōu)于鑄件,甚至可達(dá)到鍛件水平。顯微維氏硬度可高于鍛件;
由于是打印過程中完全融化,因此尺寸精度較高;
與傳統(tǒng)減材制造相比,可節(jié)約大量材料。
SLM技術(shù)限制:
成型速度較低,為了提高加工精度,需要用更薄的加工層厚。加工小體積零件所用時間也較長,因此難以應(yīng)用于大規(guī)模制造;
設(shè)備穩(wěn)定性、可重復(fù)性還需要提高;
表面粗糙度有待提高;
整套設(shè)備昂貴,熔化金屬粉末需要比SLS更大功率的激光,能耗較高;
SLM 技術(shù)工藝 較復(fù)雜,需要加支撐結(jié)構(gòu),考慮的因素多。因此多用于工業(yè)級的增材制造。
SLM過程中,金屬瞬間熔化與凝固,溫度梯度很大,產(chǎn)生極大的殘余應(yīng)力,如果基板剛性不足則會導(dǎo)致基板變形。因此基板必須有足夠的剛性抵抗殘余應(yīng)力的影響。去應(yīng)力退火能消除大部分的殘余應(yīng)力。
工件殘余應(yīng)力過大,基板剛性不足導(dǎo)致的基板變形。
SLM應(yīng)用
SLM材料
可用于SLM技術(shù)的粉末材料主要分為三類,分別是混合粉末、與合金粉末、單質(zhì)金屬粉末。
1. 混合粉末。混合粉末由一定比例的不同粉末混合而成?,F(xiàn)有的 研究 表明,利用SLM成型的構(gòu)件機(jī)械性能受致密度、成型均勻度的影響,而目前混合粉的致密度還有待提高;
2. 預(yù)合金粉末。根據(jù)成分不同,可以將預(yù)合金粉末分為鎳基、鈷基、鈦基、鐵基、鎢基、銅基等, 研究 表明,預(yù)合金粉末材料制造的構(gòu)件致密度可以超過95%;
3. 單質(zhì)金屬粉末。一般單質(zhì)金屬粉末主要為金屬鈦,其成型性較好,致密度可達(dá)到98%。
用于3D打印的金屬粉末
目前SLM技術(shù)主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域,在復(fù)雜模具、個性化醫(yī)學(xué)零件、航空航天和汽車等領(lǐng)域具有突出的技術(shù)優(yōu)勢。
航空航天
美國航天公司SpaceX開發(fā)載人飛船SuperDraco的過程中,利用了SLM技術(shù)制造了載人飛船的引擎。SuperDraco引擎的冷卻道、噴射頭、節(jié)流閥等結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度非常之高,3D打印很好地解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造問題。SLM制造出的零件的強(qiáng)度、韌性、斷裂強(qiáng)度等性能完全可以滿足各種嚴(yán)苛的要求,使得SuperDraco能夠在高溫高壓環(huán)境下工作。
利用SLM技術(shù)打印的航天零件
汽車
在3D打印技術(shù)眾多的應(yīng)用領(lǐng)域中,汽車 行業(yè) 是3D打印技術(shù)最早的應(yīng)用者之一。利用SLM技術(shù)制造的汽車金屬零件,在降低成本、縮短周期、提高工作效率、生產(chǎn)復(fù)雜零件等方面具有優(yōu)勢,能夠使車身設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、輕量化等性能更優(yōu)異。
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