增材制造与3D打印技术及应用课件第4章-粉末材料选择性激光烧结增材制造系统.ppt

4.2SLS增材制造的成形过程SLS工艺的后处理1.高温烧结金属和陶瓷坯体均可用高温烧结的方法进行处理。坯体经高温烧结后，坯体内部孔隙减少，密度、强度增加，性能也得到改善。高温烧结后处理后，由于制件内部空隙减少会导致体积收缩，影响制件的尺寸精度。炉内温度梯度不均匀会造成制件各个方向收缩不一致而发生翘曲变形。2.热等静压金属和陶瓷坯体均可采用热等静压进行后处理。热等静压后处理工艺是通过流体介质将高温和高压同时均匀地作用于坯体表面，消除其内部气孔，提高密度和强度，并改善其它性能。使用温度范围为0.5Tm～0.7Tm(Tm为金属或陶瓷的熔点)，压力为147Mpa以下，要求温度均匀、准确、波动小。热等静压处理包括三个阶段：升温、保温和冷却。采用热等静压后处理方法可以使制件非常致密，这是其它后处理方法难以得到的，但制件的收缩也较大。3.熔浸熔浸是将金属或陶瓷制件与另一低熔点的金属接触或浸埋在液态金属内，让液态金属填充制件的孔隙，冷却后得到致密的零件。在熔浸后处理过程中，制件的致密化过程不是靠制件本身的收缩，而主要是靠易熔成分从外面补充填满空隙，所以，经过这种后处理得到的零件致密度高，强度大，基本不产生收缩，尺寸变化小。4.浸渍浸渍后处理和熔浸相似，不同的是浸渍将液态非金属物质浸入多孔的选择性激光烧结坯体的孔隙内，经过浸渍后处理的制件尺寸变化很小。4.2SLS增材制造的成形过程（c）（d）SLS增材制造工艺参数的影响1.激光能量与扫描速度激光的能量与扫描速度对SLS增材制造烧结成形零件的机械性能有着重要的影响。成形零件的致密度和强度随着激光输出能量的加大而增高，随着扫描速度的增大而变小。低的扫描速度和高的激光能量能达到较好的烧结结果，是因为瞬间高的能量密度使粉末材料的温度升高、熔化，导致大量的液相生成，同时高的温度也使熔化液相的粘度降低，流动性增强，能更好地浸润固相颗粒。2.预热温度与铺粉层厚无论烧结成形金属、陶瓷以及聚合物等任何材料，粉末的预热都能明显地改善成形制品的性能质量。但是预热温度最高不能超过粉末材料的最低熔点或塑变温度。薄的铺粉层能提高烧结的质量，改善制品的致密度。铺粉层厚是由模型切片的厚度参数控制的，最小的层厚是由粉末材料的颗粒尺寸大小决定的。但薄的铺粉层会使激光能量对先前烧结层产生大的影响。3.填充间距对制件强度的影响随着填充间距的增大，制件的强度会降低，精度会提高一些，但是当填充间距较大时，就会由于导致轮廓处由于偏移量或多或少，从而导致误差的产生。4.分层厚度对制件强度的影响随着分层厚度的增大，制件的强度降低，精度有所提高（不包括阶梯效应所产生的误差），一般为了获得比较好的制件效果和表面质量，通过选择小的层厚，降低由阶梯效应产生的误差。4.3SLS增材制造的材料及其选择（c）（d）SLS增材制造对材料性能的要求由成形原理知，SLS增材制造工艺激光对材料的作用本质上是一种热作用，所以，从理论上讲，所有受热后能相互粘结的粉末材料或表面覆有热塑（固）性粘结剂的粉末都能作为SLS增材制造的材料。但要真正适合SLS增材制造烧结，要求粉末材料应满足以下要求：(1)具有良好的烧结成形性能，即无需特殊工艺即可快速精确地成形原型。(2)对直接用作功能零件或模具的原型，其机械性能和物理性能（强度、刚性、热稳定性、导热性及加工性能）要满足使用要求。(3)当原型间接使用时，要有利于快速、方便的后续处理和加工工艺。4.3SLS增材制造的材料及其选择（c）（d）增材制造的材料的种类用于SLS增材制造工艺的材料是各种粉末，如金属、陶瓷、石蜡以及聚合物的粉末，如尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉（成形后常需进行再烧结和渗铜处理）、覆裹热凝树脂的细沙、覆蜡陶瓷粉和覆蜡金属粉等，近年来更多的采用复合粉末。4.4SLS增材制造的优缺点（c）（d）1.材料范围广，开发前景广阔从理论上讲，任何受热粘结的粉末都有被用作SLS增材制造成形材料的可能。通过材料或各类粘结剂涂层的颗粒制造出适应不同需要的任何造型，材料的开发前景非常广阔。2.制造工艺简单，柔性度高在计算机的控制下可以方便迅速地制造出传统加工方法难以实现的复杂形状的零件。3.精度高，材料利用率高依赖于使用的材料种类和粒径、产品的几何形状和复杂程度，SLS增材制造工艺一般能够达到工件整体范围内±0.05～2.5mm的公差。当粉末粒径为0.1mm以下时，成形的原型精度可达到±1%。粉末材料可以回收利用，利用率近100%。4.料价格便宜，成本低。所用进口材料的价格为10～132美元/千克，国产的材料为150～220元/千克。5.应用面广，生产周期短各