3d打印机粉末成型激光烧结机理的分类

3d打印机粉末成型结台机理的分类
在平台上利用预沉积耪末材料，采用激光成型技术在三维空间进行分层制造的方法通常是SLS和SLM。SLS和SLM与其他成型方法有很大差异，但它们之间的区别是银模糊的。粉末成型结合机理的分类。

固相烧结
固相烧结是在低于材料熔融温度下进行的一种材料结合技术，原子在固相状态下扩散，两个相邻的粉末颗粒结台成为烧结颈．烧结颈随时间不断增长(体积扩太，颖粒界限消失，表面结台)．如图2。在LM中．这种机理适用于在固相状巷下原子扩散速度较慢的情况。该技术还要求较高的扫描速度，应用该技术时需考虑生产效率和经济适用性。然而，这是一种能够很好利用陶瓷粉末材料威型的方法。固相渗透烧结可以作为陶瓷或金属材料在经过固相、液相蛲结或化学成型后的一种后处理方法。

液相烧结和部分熔融
液相烧结和局部熔融包含各种结台机理，在这种方法中，一部分粉末保持固相状态而另一部分材料已经熔化。液相区的材料在强大毛细力的推动下．在固态的粒子之间运动。这就要求液相烧结扫描速度比固相烧结扫描速度要高。已熔的材料和仍保持固体状态的材料不周，低熔点的材抖通常被称为粘结剂，高熔点的材抖被称为构造材料，粘结剂和构造材料的结合可以有很多方式。
a两种结构粉末的混合(如单独粘结剂和粉末)。
b利用一种包含粘结荆和构造粉末材科的复合物。
c利用洙覆粘结剂的涂覆型构造材料。粘结剂层)优先吸收激光照射的能量，确保其熔融。应用不同材料的粘结剂和构造材料时．这两种材料也会有本质的区别。测如+聚台物材料作为金属材料的粘结剂，金属材料作为陶瓷的粘结齐低熔点盎属作为高熔点金属的粘结剂。无论采用什么结台式，粘结劫都有可能长期存在(傈窜在最终工件中，或者成为牺牲型粘结剂f例如在去粘结环节去除)。在上进两种情况下．经过SLS处理的工件也许处在7L隙(在需要去除粘结剂的情况下孔洞更多)，因此还需要后置紧实处理。常用后置处理程序有炉内填充、后篮烧结等(高温烧结、等温静压处理)。在更多的情况下，由于SLS原形件的孔隙度太高(25％一50％}，仅在高温下很难达到很好的填充效果，后置处理同时还需要在高压环境中进行。此外．也可利用这种技术生产台有孔隙的工件。部分熔融现象也可以发生在并没有确定的粘结剂和掏造材科的情况下。SLS参数必须能够满足只熔融一种材料的要求。此时待加工粉末，也许只是由单个的材料组成，也许是没有确定粘结剂的几种材料的混合物。

a当供应的热量币足平能全部熔融粉末颗粒时只有颗粒的外壳发生了垮化。而内部仍然为固体。在这种情况下熔融的材料将会在保持固体状态的颗粒之间形成一种颈状结构，熔融的材料就起到了粘结剂的作用。这种粘结机理可以应用于金属和聚合物中，尽管聚台物在成型时也包含了些其他的成型机理f成型发生在低于熔融温度的玻璃态转变温度上，聚合物组成的链状结构重新排列．交叉连接)。浩桑联邦工程技术中心描述了这种局部熔鼬现象，并在模型中模拟了液相颈状结构的形成过程。利甩简单的热模型，可以计算粉末颗粒内部和表面的温度，也可以计算这种情~兄下颗柱全部熔融所需的最小脉；÷能量。根据这些值，设法保持颗粒内部温度不超过熔点就可以获得部分熔融的；昆台物。
b对多晶态的颗粒或由不同物质蛆成的混合物来说，如果它们出现部分熔融现象，也可以将它们看作为部分熔融。例如。美国Leuven大学为了获得紧实的实体霉件，利用Fe…FeP Ni—Cu混台物进行试验，结果发现试件中清晰地包含耒熔融的铁元素颗粒。在该试验中，上进4种颗粒都不能被明确地看作为粘结剂。然而，在加^低熔点的豫加剂Fe，P和Cu，P后，可以有效地提高能量的利用效率。

c部丹熔融现象还会发生在具有不同颗粒度的由同一种物质组成的粉末上，小颗粒度的粉末熔融，而大颗粒度的粉末仍保持圊体状态。即使是生产较紧实的工件，液相烧结和部分熔融也比全部熔融具有优势。这种烧结方式允许激光成型速度f扫描速度、扫描间距】大幅度增加。这种成型方法需要后置处理以增加紧实度，缺点是缝济性轻差。试验证明，可以通过在具有PA淙层的钢上后置填充铜制造模具。该方法不十分经济，但是铜材料具有独特的结构特性，因此该技术也能够很好地应用于实际生产。

全部熔融
全部熔融是第3种比较重要的成型方法，该技术常用在不需要后置处理的实体零件中。利用现代激光和光学技术在一个点上产生较高的能量密度，从而使金属颗粒全部熔融，其形成的厚型件紧实度达到99.9％。现在有4个德国厂商可以提供这种专门的SLM成型机。同早期利用CO，激光器的SLS成型机相比，这些成型机可利用ND：YAG澈光器或盘形激光嚣进行固相烧结。

全部熔融技术的主要优势是在成型过程的某一阶段生产接近紧实的工件，但是这种方法也存在需要严格控制成型过程的缺点。
a在成型过程中会出现较高的温度梯度和稠化率，导致工件内部存在较大的内部应力或使工件产生扭曲变形(在某一阶段孔隙度在50％一100％】。
b在熔池中存在形成球化物和出现残渣的风险，进而导致出现表面缺陷。

化学诱导结合
化学诱导成型是第4种主要的成型万法。在现在普通的商用LM成型机中，这种成型厚理的应用并不是十分广泛，但是这种成型方法已经被证明是一种可以利用聚合物、金属、陶瓷等实现成型的有效方法。IPT—Aachen曾经利用化学结合的方法激光蛲结碳化硅陶瓷粉末。化学诱导成型方法可以应用在金属材料上，如在普通的SLS威型机上烧结铝制粉末促发川与N，发生反应．然后把生成的氮化铝作为粘结齐J持铝制粉末粘结在一起。美国Queensland大学曾经利用过这种技术．在氮气炉内进千亍后置烧结，而不是在SLS成型阶段利用牺牲高分子粘结剂形成铝制原型件。Texas大学也进行“选择性激光活性烧结“的相关研究。一些研究者尝试利用自发进行的高温合成反应，在该技术中利用能量较低的激光促发能够自发进行的放热反应，利用放热反应释放的热量加热粉末车身．并且实现在一种可控的方式下进行成型。这种方法能够显著降低所要求的激光功率。利用该技术金属也能长时间保持液相状巷．使工件达到较高的精度。

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