SLM選區(qū)激光熔化制造技術(shù)內(nèi)容回顧1.SLS打印的成形原理是什么？2.什么是燒結(jié)？有哪幾種類型？知識(shí)回顧內(nèi)容回顧能不能利用完全熔化現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)3D打印成形呢？課前討論SLM3D打印選區(qū)激光熔化制造技術(shù)（SelectiveLaserMelting，簡(jiǎn)稱SLM）。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(guò)程中，金屬粉末并未完全熔化，而SLM在制造過(guò)程中，金屬粉末加熱到完全熔化后成形。SLM技術(shù)可直接制造精密復(fù)雜的金屬零件，是增材制造技術(shù)的主要發(fā)展方向。1SLM技術(shù)簡(jiǎn)介SLMSLM3D打印SLM技術(shù)由德國(guó)亞琛的弗勞恩霍夫激光研究所于1995年首次提出，克服了SLS技術(shù)制造金屬零件過(guò)程復(fù)雜的困擾。德國(guó)的EOS、ConceptLaser以及SLMSolutions公司是該技術(shù)領(lǐng)域的專家。第一臺(tái)SLM設(shè)備由德國(guó)MCP-HEK公司于2003年底推出，采用100W固體光纖激光器，加工層厚可精確可達(dá)到30μm,大大提高了成形精度，加工件表面精度好。1995年，西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了金屬3D打印的研究，取得了許多重大成果。他在西安成立的3D打印企業(yè)西安鉑力特公司在金屬制造領(lǐng)域全國(guó)領(lǐng)跑。1SLM技術(shù)簡(jiǎn)介交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印SLM技術(shù)的工藝原理是利用激光的高能光束對(duì)材料有選擇地掃描，使金屬粉末吸收能量后溫度迅速升高，發(fā)生熔化并接著進(jìn)行快速固化，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前層金屬粉末材料的激光加工。之后活塞使工作臺(tái)降低一個(gè)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(guò)程逐層循環(huán)直至整個(gè)物體成型。SLM的整個(gè)加工過(guò)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。工藝原理3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印3技術(shù)原理結(jié)構(gòu)演示交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印過(guò)程演示3技術(shù)原理激光與金屬材料作用時(shí)，激光能量可分為三大部分：反射的能量、吸收的能量、傳遞的能量交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印熔化過(guò)程部分金屬粉末表面局部熔化而粘結(jié)相鄰的粉末，從而形成微熔粘結(jié)的特征。金屬粉末吸收能量進(jìn)一步的增加，當(dāng)熔化的金屬粉末達(dá)到一定數(shù)量以后形成金屬熔池，隨著激光束的移動(dòng)，在以體積力和表面力為主的驅(qū)動(dòng)下，熔池內(nèi)的熔體呈現(xiàn)為相對(duì)流動(dòng)；熔池中熔體的對(duì)流一方面加快了金屬傳熱，另一方面也能將周圍的固體粉末粘結(jié)起來(lái)，使其進(jìn)入熔池內(nèi)部而熔化。沿激光移動(dòng)方向，前方金屬不斷熔化，后面金屬不斷凝固，伴隨激光束的運(yùn)動(dòng)，光束路徑內(nèi)逐步形成凝固的連續(xù)金屬線條，實(shí)現(xiàn)成形！3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印球化現(xiàn)象球化現(xiàn)象是指金屬粉末在熔化成形時(shí)，熔化的金屬材料由于較大的粘流梯度，不浸潤(rùn)下層的固體，熔體在表面張力作用下變成球狀的現(xiàn)象。3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印球化現(xiàn)象球化現(xiàn)象不利于SLM成形過(guò)程和質(zhì)量控制：一方面使成形層留有大量孔隙，強(qiáng)度較低，影響零件的致密度和成形質(zhì)量；另一方面妨礙下一粉末層的鋪放，不利于成形的順利進(jìn)行。3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印球化現(xiàn)象球化現(xiàn)象改善方法：多元系材料，使用具有不同化學(xué)性質(zhì)的粉末混合料；鋁粉和鉛粉起球現(xiàn)象最為明顯，鐵粉起球現(xiàn)象不是很明顯，球化顆粒也較小，采用惰性氣體保護(hù)加工時(shí)，球化現(xiàn)象明顯減弱；改變工藝參數(shù),適當(dāng)調(diào)整激光功率、掃描速度、掃描間隔、鋪粉厚度、保護(hù)氣氛等工藝參數(shù)可以明顯弱化甚至消除球化現(xiàn)象；3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印工藝參數(shù)激光功率主要影響激光作用區(qū)域內(nèi)的能量密度。激光功率越高，激光作用范圍內(nèi)激光的能量密度越高，相同條件下，材料的熔融也就越充分，越不易出現(xiàn)粉末夾雜等不良現(xiàn)象，熔化深度也逐漸增加。反之，易產(chǎn)生或加劇粉末材料的劇烈汽化或飛濺現(xiàn)象，形成多孔狀結(jié)構(gòu)，致使表面不平整，甚至翹曲變形。3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印工藝參數(shù)掃描速度影響單層成形截面的表面質(zhì)量。高功率快速掃描時(shí)，表面粗糙是熔池中的對(duì)流造成的，而對(duì)流是熔池溫度梯度所引起的表面張力梯度所致。低速掃描會(huì)增加熔池駐留時(shí)間，減弱溫度梯度、表面張力梯度及對(duì)流強(qiáng)，使粉末熔化充分，從而得到較好的表面粗糙度。但速度太低時(shí)，粉末吸收能量增加，會(huì)在表面產(chǎn)生明顯的波紋狀影響表面的質(zhì)量。3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印工藝參數(shù)掃描間距掃描間距是指相鄰兩激光束掃描行之間的距離。直接影響到傳輸給粉末能量的分布、成形體的精度。一般情況下，掃描間距小于金屬粉末的熔融寬度。掃描間距過(guò)小，掃描線重疊嚴(yán)重，相鄰區(qū)域的部分金屬重復(fù)熔化，導(dǎo)致粉末熔化成形效率降低，制件產(chǎn)生翹曲和收縮缺陷，甚至引起材料的汽化、變形。3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印工藝參數(shù)鋪粉厚度每層粉末的厚度等于工作平臺(tái)下降一層的高度，即層厚，在工作臺(tái)上鋪粉末的厚度應(yīng)等于層厚。當(dāng)要求較高的表面精度或產(chǎn)品強(qiáng)度時(shí)，層厚應(yīng)取較小值。厚度越小，層與層結(jié)合強(qiáng)度越高，產(chǎn)品強(qiáng)度越高，表面質(zhì)量越好，但是會(huì)導(dǎo)致打印效率下降、成形的總時(shí)間成倍增加。3技術(shù)原理交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印問(wèn)題思考SLM工藝參數(shù)跟使用的材料有關(guān)還是設(shè)備有關(guān)呢？SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLS是激光燒結(jié)，所用的金屬材料是單一或混合粉末，在加工的過(guò)程中低熔點(diǎn)的材料熔化但高熔點(diǎn)的金屬粉末是不熔化的。利用被熔化的材料實(shí)現(xiàn)黏結(jié)成型，所以實(shí)體力學(xué)性能差，部分零件要使用的話還要經(jīng)過(guò)高溫重熔。SLM是選擇性激光熔化，顧名思義也就是在加工的過(guò)程中用激光使粉體完全熔化，不需要黏結(jié)劑，成形的精度和力學(xué)性能都比SLS要好。但這個(gè)過(guò)程也需要消耗更多的能量。4.SLS與SLMSLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM工藝一般需要添加支撐結(jié)構(gòu)，其主要作用體現(xiàn)在：承接下一層未成型粉末層，防止激光掃描到過(guò)厚的金屬粉末層，發(fā)生塌陷；由于成型過(guò)程中粉末受熱熔化冷卻后，內(nèi)部存在收縮應(yīng)力，導(dǎo)致零件發(fā)生翹曲等，支撐結(jié)構(gòu)連接已成型部分與未成形部分，可有效抑制這種收縮，能使成型件保持應(yīng)力平衡。4.SLS與SLM交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課SLM3D打印主要分為三類，分別是混合粉末、預(yù)合金粉末、單質(zhì)金屬粉末。1.混合粉末?；旌戏勰┯梢欢ū壤牟煌勰┗旌隙伞，F(xiàn)有的研究表明，利用SLM成形的構(gòu)件機(jī)械性能受致密度、成形均勻度的影響，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(guò)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%。5.SLM材料SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課4231SLM技術(shù)適合加工形狀復(fù)雜的零件，尤其是具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)和具有個(gè)性化需求的零件，適合小批量生產(chǎn)。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(guò)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。6.SLM工藝特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課0102030405缺點(diǎn)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(shí)間也較長(zhǎng)，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(jí)的增材制造。6.SLM工藝特點(diǎn)SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課7.SLM工藝應(yīng)用SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課7.SLM工藝應(yīng)用SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課左圖所示為金屬打印出的汽缸蓋，對(duì)比傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)品，組大的特點(diǎn)是內(nèi)部疏松多孔，在不影響功能的前提下，極大減輕了汽缸蓋的重量。體現(xiàn)出3D打印在產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)方面具有的重要意義。7.SLM工藝應(yīng)用SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課7.SLM工藝應(yīng)用SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課成型材料：不銹鋼、模具鋼、鈦合金、鋁合金、鈷鉻合金、鎳合金、銅等。激光類型：光纖激光器；波長(zhǎng)：1064nm；激光器功率：≥500W。涂鋪方式：刮刀雙向鋪粉；正常層厚：0.05mm；精密制作層厚：0.02~0.05mm。制作缸標(biāo)準(zhǔn)容積：約25L；制作缸體積：≥280mmX280mmX350mm；最大制件重量：50kg；加熱類型：精密電阻絲加熱；零件掃描速度：1.0~4.0m/s（推薦）；參考制作速度：4~20cm3/h。保護(hù)氣體：氮?dú)狻鍤?；安裝條件電源：200~240VAC50/60Hz,單相,25Amps；設(shè)備尺寸：1.70m(W)31.40m(D)32.20m(H)（未計(jì)電腦架）；SLM3D打印交流研討明確任務(wù)知識(shí)詳解總結(jié)拓展引入新課材料價(jià)格制作時(shí)間特點(diǎn)和適用范圍備注PC材料3元/克根據(jù)樣件結(jié)構(gòu)和大小而定，具體制作時(shí)間要根據(jù)圖紙上機(jī)后得出對(duì)強(qiáng)度要求較高的結(jié)構(gòu)件，表面相對(duì)粗糙。類傳統(tǒng)PC材料屬性，多用于汽車零部件小批量制造。普通樹(shù)脂材料（類ABS）1.2元/克表面光滑，精度高，用于外觀驗(yàn)證，非承重件制作可做大件，一體成型或者拼接，拼接強(qiáng)度影響較小，表面上色后看不出拼接痕跡。一體成型使用大型快速成型機(jī)，價(jià)格為普通機(jī)器的二倍。高韌樹(shù)脂材料（類ABS）1.8元/克表面光滑，精度高，韌性好，用于外觀驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)件，輕度承重件制作可做大件，一體成型或者拼接，拼接強(qiáng)度影響較小，表面上色后看不出拼接痕跡。一體成型使用大型快速成型機(jī)，價(jià)格為普通機(jī)器的二倍。尼龍材料（PA）3元/克耐高溫，強(qiáng)度佳，韌性好，用于結(jié)構(gòu)件，承重件的制作大型尼龍機(jī)器價(jià)格翻倍，成型尺寸為700*700*600MM尼龍+玻纖材料（PA+GF）8元/克耐高溫，強(qiáng)度高，韌性一般，用于結(jié)構(gòu)件，承重件的制作大型尼龍機(jī)器價(jià)格翻倍，成型尺寸為700*700*600MM鋁10元/克同鑄造鋁件，性能99%類似需要STP、STL文件不銹鋼5元/克同鑄造不銹鋼件，性能99%類似需要STP、STL文件模具鋼6元/克同鑄造模具鋼件，性能99%類似需要STP、STL文件鈦合金50元/