这一方法主要有SLS、DMLS、SLM和EBM四种,但是其原理是一样的,DMLS、SLM和EBM可以看做SLS技术的延伸。其原理是通过由定向激光或电子束局部加热粉末材料,从而被充分选择性地烧结或熔融在一起,逐层烧结或熔融从而形成3D物体。这一方法不局限金属,典型地具有小于300℃的熔点的多种热塑性聚合物,例如PCL和PGS可以通过SLS从粉末制成3D物体。SLS、DMLS、SLM和EBM四种方法的主要差别在于能量源:激光/或电子束,以及其功率。能量源的差异导致了打印过程和材料的改变。消费级SLS金属打印机的激光源功率较低,一般采用高分子作为粘合剂,烧结后再重新烧结、渗金属后处理。工业过程和应用所需的结构功能金属系统需要更强的能量来产生具有足够功率和精度的激光或电子束,以足够快的速度烧结或熔化相关的金属粉末,以保证在更复杂的传统制造中使用AM工艺方法。在大多数材料和部件性能是绝对重要的系统中,例如航空航天应用,需要用惰性气体(如氩气)使构建空间饱和,防止材料在高温烧结和熔融过程中氧化。添加保护气体,不仅增加了系统的成本和复杂性,而且还降低了系统的移动性。
这些工艺能够生产出具有悬垂性、无需支撑的特征的复杂结构,但是原料床/浴的性质,限制了其不能打印封闭的中空结构,因为封闭空间的松散粉末和未反应单体不能除去。通过激光/电子束烧结方法打印的物体的质量也取决于粉末的有效性,材料粉末需要在烧结前连续堆积在粉末床上。有效堆积率很高(>50%)才能进行有效的烧结或熔化。因此原料粉末形态必须经常按照这一要求进行设计,从而增加原材料加工的复杂性以及相关成本。这是当前AM技术的最大缺陷:材料的兼容性不足,以及各种材料所需的生产参数的巨大变化,包括来自不同供应商和来源的类似材料。
由于粉末床工艺的性质和每种材料所需的能量源熔融参数的变化,具有多种材料打印能力的系统非常复杂。为了解决多种粉末材料打印,最近开发了一种复合了能量/沉积方法的制造方法:激光金属沉积(LMD),克服了粉末床的限制,不使用粉末床,可实现多种材料制造。LMD法通过控制喷射的粉末流,使得其与激光的焦点精确地在所需的点相交熔融。粉末喷嘴与激光焦点一起在三维空间移动以制造无支撑的金属物体。通过使用多个粉末喷嘴,每个粉末喷嘴使用不同的材料,并且可能具有几个激光器,其参数对应于对于每种材料最佳的参数,就可以制造多金属物体。当然,这是一个非常复杂的系统,具有与之相关的许多机械和冶金挑战,研究将不再赘述,但它仍然是多金属AM的可行的工业解决方案。
尽管激光或电子束烧结技术存在显着的局限性,但它们对于许多应用仍然是非常有利的。这些系统的主要挑战是所引入的每种新材料都需要进行广泛的初始优化。然而,一旦建立了单个材料的参数,这些方法可以在生产高品质零件方面非常有效。
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