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淺談金屬3D打印后處理的困難 限制發(fā)展 

2020-08-10 06:47
3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)制造技術(shù)具有全數(shù)字化柔性制造、控形控性的技術(shù)特點,需進一步研究掃描策略、工藝參數(shù)及后處理對3D打印零部件綜合性能的影響,以更好發(fā)揮3D打印技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)用上的優(yōu)勢。尤其針對3D打印零部件的后處理,前文所述中的表面改性方法可以顯著改善板材、塊材和棒材等規(guī)則形狀零部件的力學性能,然而,當處理薄壁結(jié)構(gòu)、復(fù)雜異形件和點陣結(jié)構(gòu)等不規(guī)則幾何形狀時,以上傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)難以加工,限制了該領(lǐng)域中復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的發(fā)展仍然有限。
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(1)近幾年,3D打印技術(shù)的研究日趨增多,但是對于金屬3D打印從原料粉末、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝過程和最終成形件的質(zhì)量檢測及驗收沒有統(tǒng)一的標準,尤其是原料粉末,同一公司的3D打印設(shè)備只能使用該公司的原料粉末。所以對于3D打印過程中使用的粉末材料、打印設(shè)備、成形件的檢驗驗收和最終后處理應(yīng)建立一系列標準,用于規(guī)范3D打印過程整個過程產(chǎn)品的研發(fā)與制備。

(2)金屬3D打印技術(shù)由于原料粉末和制備過程中工藝參數(shù)的選擇而存在內(nèi)部缺陷,針對內(nèi)部缺陷的減少甚至消除,熱等靜壓技術(shù)是有效也是最常用的一項工藝。任何技術(shù)都不是萬能的,我們可以結(jié)合熱處理對3D打印零件進行后天補足。同時,可以結(jié)合計算機模擬技術(shù),對3D打印過程中熔池熔化過程及應(yīng)力分布情況進行模擬,提前預(yù)知成形過程中缺陷分布情況,及時對打印參數(shù)作出調(diào)整。

(3)制約金屬3D打印發(fā)展的三大瓶頸有表面粗糙度,內(nèi)部缺陷和應(yīng)力分布,其中表面粗糙度對零件的靜態(tài)力學性能影響最大,關(guān)系到零件的耐磨性、耐蝕性和疲勞強度等。不同的3D打印技術(shù)會得到具有不同表面粗糙度的零件,如激光3D打印技術(shù)與電子束3D打印技術(shù),所以我們在設(shè)計零件時應(yīng)根據(jù)不同的表面質(zhì)量要求,采取不同的3D打印技術(shù),并結(jié)合合適的后處理技術(shù)。前文所述的機加工、化學腐蝕和噴丸等雖可改善零件的機械性能,但在一定程度上損傷了零件本身,如對薄壁零件(≤5mm)進行機加工,則需要對表面加工2.5mm 的厚度才能完全去除零件表面的未熔化缺陷,這極大的降低了原本設(shè)計對零件的要求;化學腐蝕對輕量化的點陣結(jié)構(gòu)不適用,通過腐蝕表面缺陷,會弱化結(jié)點,降低零件性能。目前,針對3D打印金屬零件表面缺陷多的問題,還未找到一種有效的方法解決該問題。因此,針對上述問題,亟需尋找一種有效的表面改性方法并研究其對復(fù)雜異形零部件的影響。

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