Page 33 - 理化检验-物理分册2018年第十一期
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李 勇, 等: ３D 打印技术的发展和挑战


            首次提出了 SLS 的技术原理           [ １１ ] .德国的 EOS 公司       括高温度梯度所造成的热应力以及翘曲变形等                      [ １４ ] .
            在该领域也进行了很多的研究, 该公司的 M 系列金                              德国 EOS , SLMSolutions , Conce p tLaser等公
            属成型机 以 及 P 系 列 塑 料 成 型 机, 是 全 球 最 好 的              司是生产 SLM 设备的代表厂家            [ １５ ] .国内华南理工
            SLS 技术设备之一.                                        大学的杨永强 团 队 开 发 生 产 出 了 DiMetal系 列 的
                SLS 技术采用激光器作为能量源, 以各类粉末                       SLM 设备.华中科技大学的曾晓雁团队在国际上
            作为原材料      [ １２ ] .其成型过程如图 １ 所示.铺粉系                率先 研 制 出 成 型 尺 寸 为 ５００ mm ×５００ mm ×
            统在工作台上铺上一层极薄 ( １００~２００ μ m ) 的 粉                  ５３０mm的 SLM 设备, 同时该团队自主研制出的多
            末, 然后激光束在计算机的控制下按照打印件的分                            台 SLM 系列设备已被航天科技集团用于航天零件
            层数据, 对该层粉末进行有选择性地烧结, 工作台在                          的研制与生产.
            该层烧结完毕后往下移动一个截面高度, 继续进行                           ２．５  电子束选区熔化成型技术
            下一层的铺粉和烧结操作.如此循环操作直至全部                                 SEBM 技术采用电子束进行扫描、 熔化金属粉
            烧结完毕, 最后去掉多余的粉末, 进行打磨、 烘干等                         末, 逐层沉积制造三维实体零件              [ １６ ] .不同于 SLM
            处理, 便可以获得最终的成型件.其烧结使用的粉                            的是: SEBM 不是以激光作为能量源, 而是以电子束
            末材料主要为塑料及金属等粉末.需要注意的是,                             作为 能 量 源; SLM 在 惰 性 气 体 保 护 下 熔 化 成 型,
            对金属粉末进行熔化时, 工作台需要预热到一定温                           SEBM 熔化成型过程则需要真空环境.
            度, 以减少熔化过程中的热变形              [ １３ ] .                  由于电子束功率比较大、 而且成型材料对电子
                                                               束的反射小, 因此 SEBM 技术具有能量利用率高、
                                                               热应力小等特点, 适合用于钛基合金、 钛铝基合金等
                                                               难熔化、 高性能金属材料的成 型制造.此外, 由于
                                                              SEBM 是在真空下进行成型制造的, 因此能够保护
                                                               材料不受氧、 氮、 氢等杂质的污染, 提高成型件的性
                                                               能水平.同样, 因为 SEBM 成型过程需要在真空环
                                                               境下进行, 所以设备需要配备抽真空系统, 增加了额
                                                               外的开支和维护操作, 且 SEBM 成型过程中会产生
                         图 １ SLS技术成型过程示意图                     X 射线, 需要采取一定的安全防护措施                [ １７ ] .
               Fi g 敭１ Schematicdia g ramofSLMtechnolo gy formin gp rocess
                                                              ２．６  三维打印成型技术
                 相比于其他的 ３D 打印技术, SLS 技术的优点在                       ３DP 技术的成型过程与 SLS 技术的相似, 都是
            于成型材料非常广泛, 成型过程中不需要设计复杂的                           使用粉末作为成型材料.所不同的是, ３DP 技术不
            支撑系统, 工艺简单, 适合小批量个性化定制.目前                          是通过烧结方式实现粉末的结合, 而是通过喷射黏
            用于 SLS技术的粉末材料主要包括石蜡粉末、 聚合                          结剂( 硅胶等) 将成型件的分层截面“ 印刷” 在粉末

            物粉末、 陶瓷粉末、 金属粉末以及复合材料等. SLS                        上. ３DP 成型过程中没有被喷射到黏结剂的干粉
            技术的缺点主要为成型件的尺寸精度低、 表面质量                            能够起到支撑作用.采用黏结剂黏结的零件强度
            差, 成型工艺参数对成型件质量的影响不易控制.                            低, 需要进行后期处理.可用于 ３DP 技术的材料十
            ２．４  激光选区熔化成型技术                                    分广泛, 包括塑料、 石膏、 金属、 陶瓷等.
                SLM 技术的成型过程与 SLS 技术的类似.所                          ３DP 技术的原材料价格低, 打印速度快, 适合
                                                               作为桌面型的成型设备.在黏结剂中添加不同颜
            不同的是, SLS 技术是一层层地烧结成型, 而 SLM
            技术是一层层地快速熔化、 凝固成型. SLM 的原材                         料, 还可以打印彩色模型.由于成型过程中不需要
            料主要是金属粉末, 包括奥氏体型不锈 钢、 钛基合                          设计和制造复杂支撑, 而且未黏结的干粉去除容易,
            金、 镍合金、 钴铬合金以及贵金属等.                                因此适合制作具有复杂内腔的零件. ３DP 技术缺
                SLM 技术可以直接获得任意形状的金属零件,                         点为成型件强度低, 只适合制作概念模型, 不适合打
            而且成型过程全是冶金结合, 其常规力学性能可以                            印功能性结构件       [ １８ ] .
            达到甚至超过锻件的.广泛应用于微电子、 生物医
            学、 首饰、 航空航天等行业, 是目前极具发展前景的                        ３ ３D 打印技术常用材料
            金属零件 ３D 打印技术. SLM 技术的主要 问题包                           ３D 打印材料是制约 ３D 打印技术发展的主要
                                                                                                        ８ ０ １
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