3D打印,即增材制造(Additive Manufacturing,AM),指用于制作3D打印項目的過程。為了達到這個目的,在計算機控制下,逐層形成一個物體。這些物體幾乎可以是任何形狀,并使用3D模型或其他電子數據來源產生。但是,在計算機控制下逐層打印可能會出現(xiàn)結構中斷,從而對打印物體的可靠性產生負面影響。這些不良的干擾不應不被察覺;稍后會在這篇博客中討論一些問題。首先,讓我們一起探討3D打印。
3D打印(3DP)即快速成型技術的一種,它是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品,而所謂的3D打印機與普通打印機工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印機的打印材料是墨水和紙張,而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是實實在在的原材料,打印機與電腦連接后,通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來,zui終把計算機上的藍圖變成實物。
通俗地說,3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備,比如打印一個機器人、打印玩具車,打印各種模型,甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術原理,因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術稱為3D立體打印技術。
3D打印——車模
3D打印——食物
3D打印技術名稱隨著技術的進化層出不窮:光聚合(VAT Photopolymerization),粉末床融化(PBF Powder Bed Fusion), 粘結劑噴射(Binder Jetting), 材料噴射(Material Jetting), 層壓(Sheet Lamination), 材料擠出(Material Extrusion),直接能量沉積(DED Directed Energy Deposition ), 混合增材制造HYBRID。
用于金屬粉末燒結的增材制造
粉末冶金 (PM) 是通用術語,指采用高溫高壓技術使粉末顆粒熔結在一起,從而將金屬粉末固結為固體部件;這一過程也稱為加壓燒結。增材制造技術也使用金屬粉末作為進料,但它不是使用高溫高壓技術在模具中將粉末顆粒熔結在一起。金屬粉末激光燒結機是基于金屬粉末的激光選區(qū)燒結增材制造技術和相關工藝,屬于3D打印技術的一個重要應用領域。增材制造方法用于燒結廣泛的金屬粉末,例如輕合金、鈦合金、鋼合金以及高分子材料(如聚酰胺)或陶瓷和復合材料。
直接金屬激光燒結(DMLS)是通過使用高能量的激光束再由3D模型數據控制來局部熔化金屬基體,同時燒結固化粉末金屬材料并自動地層層堆疊,以生成致密的幾何形狀的實體零件。這種零件制造工藝被稱為“直接金屬激光燒結技術(Direct Metal Laser-Sintering)”,是用于生產復雜形狀的技術。
通過選用不同的燒結材料和調節(jié)工藝參數,可以生成性能差異變化很大的零件,從具有多孔性的透氣鋼,到耐腐蝕的不銹鋼再到組織致密的模具鋼(強度優(yōu)于鑄造或鍛造)。
3D打印和掃描電鏡
2016年,Walczak等人(Applied Computer Science, vol. 12, no.3, pp 29-36)通過3D打印方法,對17 – 4PH鋼制品的特性進行了研究。結果表明,掃描電鏡分析顯示激光燒結后的焊接表面的結構中存在缺陷,這種現(xiàn)象是不合需要的,降低了打印物品的質量。
圖1:SEM圖像中的微型兔(低倍下無缺陷顯示)
圖2:在較高的放大倍數下微型像,顯示了表面結構的缺陷
因此,掃描電鏡是檢測3D打印物品表面缺陷的有效工具。
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