逆向工程与快速成型技术应用 第4版 课件 4-4 了解金属增材制造技术

（了解金属增材制造的工艺及其特点）苏州职业大学孙春华了解金属增材制造技术目录/CONTENTS2.金属增材制造工作原理

了解各种金属增材制造的工作原理。023.金属增材制造技术的特点介绍各种生物3D打印工艺。031.金属增材制造技术的分类了解金属增材制造技术的分类方法。01金属增材制造是最前沿和最有潜力的增材制造技术，是先进制造技术的重要发展方向之一。金属增材制造技术是以高能束流（激光束/电子束/电弧等）作为热源，通过熔化粉材或丝材实现金属构件逐层堆积成形。Part1金属增材制造技术的分类

激光选区熔化技术（SLM）是由粉床选区激光烧结技术（SLS）发展而来。该技术以金属粉末为加工原料，采用高能密度激光束将铺洒在金属基板上的粉末逐层熔覆堆积，从而形成金属零件的制造技术，构体的制造方法。Part2金属增材制造工作原理1.激光选区熔化技术SLM是目前金属增材制造中发展最成熟、应用最广泛的技术。在SLM工艺中，所采用的激光具有如下特性：功率较低，一般200~1000W；但激光能量密度较高，可达8~106W/cm2；光斑直径小，范围为50-200μm；粉末沉积效率低，一般为5-30cm3/h；制造精度较高，层厚可设为20μm，最小壁厚可以达到100μm。采用SLM工艺成形的构件性能可达到同成分锻件水平，精度远高于精铸工艺，零部件致密度近100%。目前受到SLM设备成形尺寸的限制，SLM主要用于制造中小型复杂精密构件，但随着多振镜和增/减材一体化技术的发展，SLM的应用领域和成形件尺寸都将得到进一步的发展，短期内被其他技术取代的可能性不大。Part2金属增材制造工作原理电子束选区熔化技术（EBSM）的原理与SLM类似，只不过EBSM是在真空环境中，以电子束作为输出热源。相比激光，电子束更容易获得，可以相应的降低部分加工成本，同时真空的工作环境也可以有效保证钛合金和铝合金在内的很多活泼金属在加热过程中不易被氧化。电子束选区熔化技术EBSM的优点有：能量密度高，热影响区小，变形小，生产率高等，缺点是须在真空环境中进行，需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵，生产应用具有一定的局限性。由于电子束能力密度高，扫描速度快，束斑直径大，虽成形精度不及激光选区熔化技术SLM，但随着电子束技术的发展，EBSM技术将会得到快速的发展Part2金属增材制造工作原理2.电子束选区熔化技术激光立体成形技术（LSF）通过快速成型技术和激光熔覆技术有机结合，利用高能量激光束将与光束同轴喷射或侧向喷射的金属粉末直接熔化为液态，通过运动控制，将熔化后的液态金属按照预定的轨迹堆积凝固成形，获得从尺寸和形状上非常接近于最终零件的“近形”制件，因此又被称为“激光近净成形技术LENS“。Part2金属增材制造工作原理3.激光立体成形技术激光立体成形技术成形具有如下特点：较大的激光功率（2-10kW）和光斑直径（1-10mm），粉末沉积效率高（1-3kg/小时），近似净形（一般有0.2-0.5mm的过量构建）。LSF成形技术的特点适合应用于大型构件毛坯件的加工成形，随着增/减材一体化技术的发展，其应用将会进一步得到拓展。SLM和LSF这两种激光成形工艺最重要的特点是热量集中、加热快、冷却快、热影响区小，但会影响金属相形成的均匀度。Part2金属增材制造工作原理3.激光立体成形技术电弧增材制造技术（WAAM），又称为电熔增材制造（EAM），是以熔化极惰性气体保护焊接、钨极惰性气体保护焊接以及等离子体焊接电源等焊机产生的电弧为热源，采用电弧同步技术，通过金属丝材的添加，在程序的控制下，按设定成形路径在基板上堆积层片，层层堆敷直至金属零件近净成形。Part2金属增材制造工作原理4.电子束熔丝沉积技术电弧增材制造WMMA的沉积层厚度为毫米量级，具有成形效率高，制造成本低等优点，目前该技术主要用于制造大型零件毛坯。随着技术的发展，通过增/减材一体化技术的复合，WMMA将为大型复杂构件的低成本制造提供一种替代方案。Part2金属增材制造工作原理4.电子束熔丝沉积技术Part3金属增材制造技术的特点Part3金属增材制造技术的特点在选择金属增材制造工艺时，除了考虑不同工艺的特点外，还要考虑金属增材制造时，所采用功率与成形质量和成形效率之间的关系。金属增材制造的功率选择与成形质量和成形效率件之间存在着矛盾。因此，在选择金属增材制造工艺时，要针对不同的应用领域，综合评估权衡成形质量、效率和成本之间的关系，选择性价比最佳的快速成型工艺。思考与练习1.金属增材制造的热源有哪几种？2.所采用的成形材料有哪几种形式？3.哪种金属增材制造工艺适用于直接制