增材制造技术基础 课件 单元3 增材制造常用材料.pptx

单元3

增材制造常用材料

任务一

增材制造材料的力学性能

1.高韧性

2.高强度

3.较高的疲劳寿命

4.‌层间结合强度‌

5.‌抗冲击性能‌

6.‌耐久性‌

一、增材制造材料力学性能要求

1非金属材料

①将利用优化连续本体法对ABS塑料的性能进行优化；

②将含有10%气相生长碳纤维增强材料与ABS塑料进行混合，增强材料的拉伸强度和拉伸弹性模量；

③通过与其他材料如部分金属粉末等进行熔融共混，获得改性后的复合材料；

④通过对加工零件的尺寸进行重新设计，提升零件的机械性能。

二、增材制造产品力学性能改进方法

2.金属材料

①利用非金属复合材料等来对金属增材制造方式进行优化；

②通过对增材制造加工过程中激光功率和扫描速率进行调整，能够有效避免增材制造过程中出现材料的球化以及翘曲，从而整体提升金属或金属复合材料成型件的力学性能。

二、增材制造产品力学性能改进方法

任务二

常用的增材制造材料

根据材料的几何形状可分为丝材、粉末、液体、薄片等四种类型，根据材料的属性不同可以分为塑料材料、金属材料、陶瓷材料和光敏树脂材料等。

一、增材制造材料的分类

（1）ABS塑料丝

适用于料丝自加压式送丝喷头结构和螺旋挤压式送丝喷头。

（2）熔融材料

各种可以熔融材料，如蜡、塑料等，适用于加压融化罐。

1.丝状材料

A、蜡粉

（1）用途：烧结制作蜡型，精密铸造金属零件;

（2）传统的熔模精铸用蜡（烷烃蜡、脂肪酸蜡等），其熔点较低，在60℃左右，烧熔时间短，烧熔后没有残留物，对熔模铸造的适应性好，且成本低廉。

（3）但存在以下缺点：

①对温度敏感，烧结时熔融流动性大，使成型不易控制；

②成型精度差，蜡模尺寸误差为±0.25mm；

③蜡模强度较低，难以满足具有精细、复杂结构铸件的要求；

④粉末的制备十分困难。

2.粉体材料

B、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯、工程塑料（ABS）粉末

（1）特点：聚苯乙烯（PS）属于热塑性树脂，熔融温度100℃，受热后可熔化、粘结，冷却后可以固化成型，而且该材料吸湿率很小，仅为0.05%，收缩率也较小，其粉料经过改性后，即可作为激光烧结成型用材料。

（2）用途：烧结成型件经不同的后处理工艺具有以下功能：第一，结合浸树脂工艺，进一步提高其强度，可作为原型件及功能零件。第二、经浸蜡后处理，可作为精铸蜡模使用，通过熔模精密铸造，生产金属铸件。

2.粉体材料

C、尼龙粉末（PA）

（1）用途：粉末粒径小，制作模型精度高，用于CAD数据验证；因为具有足够的强度可以进行功能验证。

（2）特点：烧结温度—粉末熔融温度180℃；烧结制件不需要特殊的后处理，即可以具有49MPa的抗拉伸强度。

（3）其它：尼龙粉末烧结快速成型过程中，需要较高的预热温度，需要保护气体，设备性能要求高。

2.粉体材料

D、覆膜砂粉末、覆膜陶瓷粉末材料

（1）覆膜砂：与铸造用覆膜砂类似，采用热固性树脂，适合于具有复杂形状的有色合金铸件，如镁、铝等合金的铸造。

（2）覆膜陶瓷粉：与覆膜砂的制作过程类似，被包覆陶瓷粉可以是Al2O3、ZrO2和SiC等，激光烧结快速成型后，结合后处理工艺，包括脱脂及高温烧结，可以快捷地制造精密铸造用型壳，进而浇注金属零件。也可直接制造工程陶瓷制件，烧结后再经热等静压处理，最终零件相对密度高达99.9%，可用于制作含油轴承等耐磨、耐热陶瓷零件。

2.粉体材料

E、金属粉末

用SLS制造金属功能件的方法是将金属粉末烧结成型，成型速度较快，精度较高，技术成熟。3D打印所使用的金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低。

2.粉体材料

液体光敏树脂，通常由两部分组成，即光引发剂和树脂。其中树脂由预聚物、稀释剂及少量助剂组成。当光敏树脂中的光引发剂被光源（特定波长的紫外光或激光）照射吸收能量时，会产生自由基或阳离子，自由基或阳离子使单体和活性齐聚物活化，从而发生交联反应而生成高分子固化物。

3.液体材料

LOM原型一般由薄片材料和粘结剂两部分组成，薄片材料根据对原型性能要求的不同可分为：纸、塑料薄膜、金属铂等。对于薄片材料要求厚薄均匀，力学性能良好并与粘结剂有较好的涂挂性和粘结能力。

4.薄片材料

1.塑料材料

塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得，在一定条件（温度、压力等）下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料。通常按合成树脂的特性分为热塑性塑料和热固性塑料。

二、常用的增材制造材料

2.金属粉末材料

金属粉末是激光熔覆沉积（LESN）和直接能量沉积（DED）等AM工艺中用于制造优质金属部件的主要原材料，也可以使用金属丝进料代替DED中的粉末进料，材料喷射（MJP）工艺也可用于生产金属部件。采用该工