华曙3d打印金属工艺介绍

金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展及推广应用的需求，利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：包括选区激光烧结（Selective Laser Sintering， SLS）技术、直接金属粉末激光烧结（Direct  Metal  Laser Sintering，DMLS）、选区激光熔化（Selective Laser Melting， SLM）技术、激光近净成形（Laser Engineered Net Shaping， LENS）技术和电子束选区熔化（Electron Beam Selective Melting， EBSM）技术等。

国外对金属零件3D打印技术的理论与工艺研究相对较早。虽然我国在技术上落后于这些欧美大国，但是经过这些年国内的技术的不断积累，一些厂家也都推出了自己的商品化的金属3D打印机，接下来小编为大家介绍一下SLS与DMLS两种技术

选区激光烧结（SLS） 

选择性激光烧结技术（SLS）最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard于1989年在其硕士论文中提出的， 选区激光烧结，顾名思义，所采用的冶金机制为液相烧结机制，成形过程中粉体材料发生部分熔化，粉体颗粒保留其固相核心，并通过后续的固相颗粒重排、液相凝固粘接实现粉体致密化。美国DTM公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备SinterSation。德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。国内有如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等，多家单位进行SLS的相关研究工作，也取得了重大成果。 

SLS 技术原理及其特点 

整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。

SLS工艺采用半固态液相烧结机制，粉体未发生完全熔化，虽可在一定程度上降低成形材料积聚的热应力，但成形件中含有未熔固相颗粒，直接导致孔隙率高、致密度低、拉伸强度差、表面粗糙度高等工艺缺陷，在SLS 半固态成形体系中，固液混合体系粘度通常较高，导致熔融材料流动性差，将出现 SLS 快速成形工艺特有的冶金缺陷——“球化”效应。球化现象不仅会增加成形件表面粗糙度，更会导致铺粉装置难以在已烧结层表面均匀铺粉后续粉层，从而阻碍SLS 过程顺利开展。

由于烧结好的零件强度较低，需要经过后处理才能达到较高的强度并且制造的三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。在SLS出现初期，相对于其他发展比较成熟的快速成型方法，选择性激光烧结具有成型材料选择范围广，成型工艺比较简单（无需支撑）等优点。但由于成型过程中的能量来源为激光，激光器的应用使其成型设备的成本较高，随着2000 年之后激光快速成形设备的长足进步（表现为先进高能光纤激光器的使用、铺粉精度的提高等），粉体完全熔化的冶金机制被用于金属构件的激光快速成形。选择性激光烧结技术（SLS）已被类似更为先进的技术代替。 

直接金属激光成形（DMLS）

SLS制造金属零部件，通常有两种方法，其一为间接法，即聚合物覆膜金属粉末的SLS；其二为直接法，即直接金属粉末激光烧结（DirectMetalLaserSintering， DMLS）。自从1991年金属粉末直接激光烧结研究在Leuvne的Chatofci大学开展以来，利用SLS工艺直接烧结金属粉末成形三维零部件是快速原型制造的最终目标之一。与间接SLS技术相比，DMLS工艺最主要的优点是取消了昂贵且费时的预处理和后处理工艺步骤。  

直接金属粉末激光烧结（DMLS）的特点  

DMLS技术作为SLS技术的一个分支，原理基本相同。但DMLS技术精确成形形状复杂的金属零部件有较大难度，归根结底，主要是由于金属粉末在DMLS中的“球化”效应和烧结变形，球化现象，是为使熔化的金属液表面与周边介质表面构成的体系具有最小自由能，在液态金属与周边介质的界面张力作用下，金属液表面形状向球形表面转变的一种现象．球化会使金属粉末熔化后无法凝固形成连续平滑的熔池，因而形成的零件疏松多孔，致使成型失败，由于单组元金属粉末在液相烧结阶段的粘度相对较高，故“球化”效应尤为严重，且球形直径往往大于粉末颗粒直径，这会导致大量孔隙存在于烧结件中，因此，单组元金属粉末的DMLS具有明显的工艺缺陷，往往需要后续处理，不是真正意义上的“直接烧结”。

为克服单组元金属粉末DMLS中的“球化”现象，以及由此造成的烧结变形、密度疏松等工艺缺陷，目前一般可以通过使用熔点不同的多组元金属粉末或使用预合金粉末来实现。多组分金属粉末体系一般由高熔****属、低熔****属及某些添加元素混合而成，其中高熔****属粉末作为骨架金属，能在 DMLS 中保留其固相核心；低熔****属粉末作为粘结金属，在 DMLS 中熔化形成液相，生成的液相包覆、润湿和粘结固相金属颗粒，以此实现烧结致密化。  

直接金属粉末激光烧结（DMLS）的问题  

作为SLS技术的一个重要分支的DMLS技术尚处在不断发展和完善的过程之中，其烧结的物理过程及烧结致密化机理仍不明了，不同金属粉末体系的激光烧结工艺参数仍需摸索，专用粉末的研制与开发还有待突破。因此，建立金属粉末直接激光烧结过程的数学、物理模型，定量研究DMLS烧结致密化过程中的烧结行为和组织结构变化，成为粉末冶金科学与工程研究中的重要内容之一。DMLS中，金属粉末的物性对于烧结质量有着及其重要的影响，相同的工艺参数条件下，不同的粉末体系的烧结效果往往有很大的区别。把握粉末体系的物性，为其选择最优化的工艺参数，是DMLS的最基本、最重要的要求。大量研究表明，影响DMLS质量的三个关键物性参数主要为：烧结特性、摊铺特性和稳定性。

来源：维科网