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科普:详解激光选区熔化金属3D打印的工艺流程

   2023-04-24 蓝合3D打印蓝合3D打印
核心提示:激光选区熔化金属3D打印基于高能激光束与金属粉末的相互作用,以制作零件的三维数据模型为基础,通过分层软件将模型离散成层数据,输入金属3D打印机,系统采用高功率密度和精细聚焦光斑的光纤激光器作为能量源,以选择性的扫描路径控制激光束,以浅层熔化的方式快速扫描选区内预先铺展好的金属粉末,激光束快速熔化金属粉末并获得连续的熔道,逐层堆积成金属零件。
 SLM激光选区熔化金属3D打印工艺原理 

激光选区熔化金属3D打印基于高能激光束与金属粉末的相互作用,以制作零件的三维数据模型为基础,通过分层软件将模型离散成层数据,输入金属3D打印机,系统采用高功率密度和精细聚焦光斑的光纤激光器作为能量源,以选择性的扫描路径控制激光束,以浅层熔化的方式快速扫描选区内预先铺展好的金属粉末,激光束快速熔化金属粉末并获得连续的熔道,逐层堆积成金属零件。

激光选区熔化金属3D打印技术可以直接获得几乎任意形状、具有完全冶金结合、高精度的功能金属零件,致密度可达99.9%以上,尺寸精度达±50μm,表面粗糙度达20-30μm,是当前复杂精密金属零部件或大尺寸主承力金属构件一次性整体成形最具前景的应用技术之一。

PART ONE
打印设备

参数以SLM600为例展示

PART TWO
打印零件

打印名称:涡轮发动机燃烧室

打印材料:IN718镍基高温合金

零件尺寸:550mm(X)×550mm(Y)×260mm(Z)

零件重量:25000克

打印时长:74小时

PART THREE
打印过程
第一步
数据处理

使用自主研发的软件对数据进行前期处理。

添加支撑
先将零件的数据模型导出为stl格式,再将模型导入自主研发的3dLayer(三维支撑分层处理软件)中,对模型进行检查修复并添加支撑。

模型切片

支撑添加完毕后,使用3dLayer的切片功能,将带支撑的模型在Z轴方向上“切”成一层层的薄片数据,生成3D打印机专用格式的slc片层文件。

第二步
设备准备

金属3D打印机在打印前需要做的一些准备工作:

1.启动水冷机

确定水冷机水管无压折,液位处于正常位置。

2.安装刮刀

安装刮刀并检查刮刀到平台的距离。

3.安装基板

将基板(即底座)吊装在升降台最终移至成型室,并将基板升起至刮刀高度。

4.用刮刀将粉末铺平

调平基板后,用刮刀将成型室内的粉末铺平。

5.清理成型室

用沾有酒精的无尘布将成型室门的密封圈和安全玻璃擦拭干净,并关闭舱门上锁。

6.充入惰性气体,对成型室进行气体置换

7.设备预热

待氧含量下降到设定值,打开设备加热功能对设备进行预热。

8.打开激光器电源并触发状态

第三步
开始打印

1.加载打印数据

将模型预处理后得到的片层数据文件,加载到金属3D打印机所搭载的Presto SLM(金属打印控制系统)中,将零件摆放到合适位置

2.设置参数

在软件中选择合适的工艺参数和控制程序,开始打印。

3.自动送粉

全自动闭环粉末循环系统通过送粉缸下落送粉结构进行精准供粉,并及时回收溢粉缸内的粉末。

4.观察打印状态

确认供粉量、刮粉情况及激光扫描情况。

设备在打印过程中,可独立完成吸粉、筛粉、送粉、排粉功能,不再占用待机时间;且每次输送到打印机上的粉末都经过筛分,实现粉末处理的自动化、智能化,保证粉末质量,可提高打印机的利用率和零件的打印质量。

5.监控打印过程并实时查看参数监控

6.软件可实时飞行修改供粉量、工艺参数和扫描策略

第四步
打印完成,取件

  经过72小时的打印,零件打印完成。

1.关闭相关设备

关闭激光电源按钮、加热按钮以及气源气阀。

2.打印完成

打印过程完成后,点击上升键,工作台会带着已经打印完成的零件自动上升。

3.清粉工作

全流程人粉隔离开展清粉工作,先将零件周围部分粉末回收至粉末循环机。

4.基板移动至清粉单元

基板自动升降移动至清粉单元,对零件内部粉末进行进一步清理。

备注:清粉的步骤可以分为两种情况,第一:在成型室清理一部分粉,再将零件移动至最左侧的清粉仓进行进一步的清粉;第二:直接将打印好的零件移动至最左侧的清粉仓进行清粉,成型室不清粉。

5.利用升降机取件

使用设备自带的升降机将基板取出。

第五步
热处理

为了降低零件打印过程中形成的内应力,减小变形,避免开裂,需要对打印后的零件进行热处理。

将零件连同基板一起放入热处理炉,设置热处理工艺参数,开始热处理。

第六步
零件展示

处理后的涡轮发动机燃烧室零件。


金属3D打印在快速研制、降本增效、高质量精度方面具有很大优势。航空航天零部件需要在高温的条件下服役,因此对零件精度和性能的要求较高。传统制造工艺需要将零件分别制造后焊接成为整体,制造周期长,且零件长时间服役易导致在焊接处开裂。而金属3D打印技术一体化成形可以缩短研制周期,解决了复杂结构零件的制造、成形难的问题,有效提高零件的质量和使用寿命。

部分打印样件展示

 

 

 

蓝合集团将持续金属3D打印技术的研发,以高质量、高标准为目标,蓄力研发,努力成为3D打印领域的领航者。

 
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