心智圖資源庫 積層製造工程
含立體光固化技術(SLA)、疊層實體製造技術(LOM)、熔融沈積成型技術(FDM)、選區雷射燒結技術(SLS)、選區雷射熔融技術(SLM)、電子束管區域熔化技術(EBSM) 、雷射工程淨成形技術(LENS)等。
編輯於2024-12-10 22:29:44Find a streamlined guide created using EdrawMind, showcasing the Lemon 8 registration and login flow chart. This visual tool facilitates an effortless journey for American users to switch from TikTok to Lemon 8, making the transition both intuitive and rapid. Ideal for those looking for a user-centric route to Lemon 8's offerings, our flow chart demystifies the registration procedure and emphasizes crucial steps for a hassle-free login.
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積層製造工程
立體光固化技術(SLA)
原理
製程原理:利用光能作用使液態樹脂材料固化,控制光能的形狀逐層固化樹脂,堆積成所需的立體實體零件
曝光方式
面曝光
遮光掩膜方式
數位光處理技術(DLP 投影方式)
液晶顯示方式(LCD)
點曝光
立體光刻技術(SLA)
常見掃描方式
X.Y軸掃描方式:成型範圍大,速度慢
振鏡掃描方式:成型範圍小,速度快,成本高
材料
成分
光引髮劑:吸收紫外光能,引發聚合反應
低聚物:材料的主體,決定固化後材料的性能
稀釋單體:調整黏度,也參與固化反應,影響固化膜的性能
固化膜即每層固化材料
其他材料:根據不同用途添加
能否成型即成型後的形狀,尺寸精度
性質要求
固化前性能穩定,在可見光下不會發生聚合反應
黏度低
光敏性好
固化收縮率小
固化後機械強度高,耐腐蝕,熱穩定性好
毒性小
分類
自由基光固化樹脂
陽離子光固化樹脂
混雜型光敏樹脂
功能性光敏樹脂
系統硬體組成
雷射(320nm-370nm)
光路系統
掃描照射系統
分層疊加強成型系統
設備構成
雷射及振鏡系統
平台升降系統(絲桿傳動)
儲液箱及樹脂處理系統
控制系統
過程
光路
環境
樹脂鋪展系統(刮刀)
疊層實體製造技術(LOM)
工藝
原理:片材逐層切割再疊加成型
由於材料受限,目前應用較少
塗佈工藝
塗佈形狀
均勻式:採用狹縫式刮刀
非均勻式(可以減少應力集中,但設備比較貴)
條紋
顆粒
塗佈厚度:在保證黏合強度的前提下盡可能的薄
材料
紙材
本體:抗濕性,良好的浸潤性,抗拉強度,收縮率,剝離性能好,易磨 表面光滑,穩定性
熱熔膠
良好的熱熔冷卻性
在反覆融化凝固條件下保持較好的物理化學穩定性
熔融狀態下與紙材有良好的塗掛性與塗勻性
與紙材有足夠的黏接強度
良好的廢料分離性
塑膠薄膜
金屬箔
裝置
機械系統:多軸小型雷射加工系統
機身:安裝,固定執行機構
雷射掃描系統
振鏡掃描最廣泛(高精高效)
雷射(雜散光)
擴束鏡(擴束準直)
動態聚焦鏡
振鏡
材料送至裝置:定向 定量 張緊輸送,故障警報
熱壓疊層裝置
抽風排煙裝置:綠色清潔
電腦控制系統
雷射器
冷卻器
後處理
廢材剝離
手工剝離:紙材
加熱剝離:高溫融化蠟支撐結構
化學剝離:化學溶液溶解支撐結構
修補,打磨,拋光
表面處理:塗覆油漆等,提高性能與壽命
優缺點
優點:效率較高,成本較低,材料便宜,無需對整個截面掃描,不需要考慮支撐
缺點:疊層方向上抗拉強度低,容易吸濕變形,廢料需人工剝離,費時費力,加工過程中容易變形,工件表面有階梯紋
應用:較重的結構件模型,實體外觀模型,砂型鑄造快速模具母模,製鞋業等
熔融沈積成型技術(FDM)
工藝
原理:將絲狀或粒狀的熱熔性材料加熱熔化,透過噴頭擠出來,層層疊加成型。
流程
前處理→原型製作→後處理
原型製作:三維建模→製程參數擬定
材料
成型材料
單一成型材質(廣泛應用):ABS,PLA,PEEK,石蠟,尼龍,TUP,PC,PPSF
複合成型材料(應用不廣泛):基材(蠟,塑膠) 增強材料(金屬粉,陶瓷粉等)
隨溫度變化呈現:玻璃態→高彈態→黏流態(適合擠出)
支撐材料:易於從成型件中去除而不損壞表面
水溶性支撐可以使用肥皂水
性能需求:較大的熔融溫度-氧化點溫度區間
聚合物材料的熱物理性質
熱性質:導溫係數
流變性質:熔體黏度
熔融沈積過程需要合理匹配加熱腔溫度與送絲速度
隨著溫度的升高而減少
隨著壓力的增大而增大
隨著剪切速率的升高而減少(分子間距增大,作用力降低)
系統及設備
噴頭
最複雜
柱塞式噴頭
絲料
螺桿式噴頭
絲料
粒料
運動機構
送絲機構
溢料式噴嘴結構
加熱系統
優缺點
優點
運行成本低
成型材料廣泛
環保
後處理簡單
可桌面化製造(易普及)
缺點
成型精度低
成型速度慢
Z方向強度低
需要支撐材料,大型零件容易翹曲變形
成型誤差
原理性
成型系統引起
成型工作台誤差
同步帶變形誤差
定位誤差
STL檔案轉換誤差
分層處理誤差
工藝性
材料收縮引起
成型製程參數設定引起
出絲寬度
噴頭溫度
填充速度和擠出速度的交互作用影響
填滿樣式
噴頭啟停響應引起
後製處理
去除支撐引起
後固化及表面處理產生
選區雷射燒結技術(SLS)
美國於1986年發明,於1988年研發成功第一台機器
工藝
原理
利用粉末材料在雷射照射下燒結,在電腦控制下層層堆積成型
固相燒結
適用於陶瓷和金屬粉末
化學燒結
如:鋁粉在氮氣中燒結,氮化鋁可用作為黏合劑
液相燒結和部分熔化
熔化部分作黏合劑
完全熔化
金屬零件緻密度最高
雷射燒結機理
黏性流動燒結機制~適用於高分子
粉末顆粒的表面張力~作為黏性流動燒結驅動力
粉末顆粒間燒結頸的生長速率~與材料的表面張力成正比,與顆粒半徑和熔融黏度成反比
後處理
高溫燒結:減少孔隙,加強性能
熱等靜壓:加溫加壓
熔浸:液態金屬浸泡
浸漬:液態非金屬浸泡
製程參數影響
雷射能量與掃描速度
預熱溫度與鋪粉層厚
填充間距影響強度
分層厚度影響強度
材料
各種粉末
高分子材料
金屬基粉末
黏結劑➕金屬粉~需脫脂,高溫燒結,熔滲金屬處理
低熔點金屬粉➕高熔點金屬粉
覆膜砂材質:熱固性樹脂 石英砂
材料特性
粒徑
粒徑分佈
顆粒形狀
核心元件
雷射器
振鏡掃描系統
粉末傳送系統
成型腔室
氣體保護系統
預熱系統
優點
成型材料廣泛
材料利用率高
工藝簡單無需支撐
應用廣泛
選區雷射熔融技術(SLM)
工藝
原理
利用高能量雷射光束將金屬粉末完全熔化後快去冷卻凝固成型,得到高緻密度,高精度,冶金結合的金屬零件
與SLS製程原理一樣,但是採用的是光纖雷射(大功率)完全熔化金屬粉末成型,無需脫脂,二次燒結,熔滲處理
SLM技術
雷射能量傳遞
低能量適用於預熱
能量過高會導致成型零件損壞
光能吸收率
適用於吸收率高的鈦基,鐵基,鎳基等合金
熔池穩定性
合適的雷射光斑尺寸
太大:熔池尺寸大,進入粉末多,不穩定性增加
太小:能量過高氣化,離子流衝擊熔池
粉末性質
堆積特性:粉床孔隙率~與顆粒球形度成負相關
粒徑分佈
流動性:球形度越高,流動性越高,緻密度越高
氧氣含量:過高會降低溶液浸潤性,出現分層,裂紋
流程
材料準備
工作腔準備
模型準備
零件加工
零件後處理
成型材料
單質粉末
混合粉末
預合金粉末
對雷射能量的吸收率較高的金屬粉末
裝置
主體機械結構
雷射(光纖雷射)
光路傳輸系統
控制系統
軟體系統
優缺點
優點
成型材料廣泛
晶粒細小,組織均勻,機械性質優異
緻密度高
成型精度高
缺點
容易出現翹曲變形,球化,孔隙,裂縫等缺陷
可成型零件尺寸有限
製程參數複雜
科技設備多為國外壟斷
高功率雷射
高精度振鏡系統
電子束選區熔化技術(EBSM)
工藝
原理
以電子束作為熱源在真空條件下熔化金屬粉末凝固堆積成形
參數
電子束電流
加速電壓
線掃描速度
聚焦電流
掃描線間距
層厚
流程
成型材料與製備
材質包括:不銹鋼,鈦,鈦合金粉末,鋁合金,銅合金,等多種金屬粉末,SEBM鈦合金是研究最多的合金
製備方法
等離子旋轉電極霧化法和氣霧化法
球形度好,流動性好,含氧量低,容易吹粉
氫化脫氫法
形狀不規則,流動性差,穩定,不易潰散,但含氧量高
通常採用兩種粉末混合的方法,綜合性能
裝置
電子槍系統
電子槍
閘極
聚束線圈
偏轉線圈
真空系統
控制系統
軟體系統
優缺點
優點
能量密度和功率高
無反射,能量利用率高
成型件緻密度高,性能優良
速度快,效率較高
污染小
缺點
價格昂貴
電子束聚焦效果較差,精準度和品質略差
會出現吹粉問題
解決方式
採用複合粉末降低流動性
將粉末床進行預熱處理
對底板進行預熱
優化電子束掃描方式
成型件尺寸有限,製程參數複雜
發展趨勢
材料方面
技術方面
成型設備方面
雷射工程淨成形技術(LENS)
工藝
原理
成型金屬粉末經由送粉裝置和噴嘴送到雷射所形成的熔池中,融化的金屬粉末沉積在基體表面凝固後形成沉積層
流程
模型準備
材料準備
送料工藝
零件加工
零件後處理
參數
粉末形貌
接搭率
雷射能量
成型材料
考慮因素
堆積特性
粒徑分佈
顆粒形狀
流動性
含氧量
對雷射的吸收率
鐵,鎳,鈦合金等粉末
不同粒徑混合
裝置
雷射系統
CNC系統
送粉系統
氣氛控制系統
回授控制系統
優缺點
優點
材料有優越的組織和性能
速度快,節省材料
可直接製造結構複雜的零件
材料廣泛
可加工難熔金屬
可修復零件
缺點
存在冶金缺陷
體積收縮
粉末爆炸
微觀裂紋
殘餘應力
成型精度低
邊角位置以及懸臂結構難以成型
粉末原料價格高
應用
梯度功能材料:成分,組織,性能梯度過度的先進材料
快速模具製造
發展方向
工藝方面
材料方面
雷射塗覆過程的即時觀測技術
成型效率
三維噴印技術(3DP)
工藝原理
基於微滴噴射原理,利用噴頭選擇性噴射液體黏結劑,將離散粉末依路徑逐層黏結堆積成形
固化方式
物理固化:溶劑揮發形成黏結頸
化學固化:發生化學反應
黏結方式
水合作用
有機黏結劑:金屬粉陶瓷粉 樹脂(容易去除)
無機黏結劑:添加酸性粉末 矽溶膠(凝膠反應,不易去除)
溶劑法
金屬鹽法
成型材料
基體材料
金屬粉末
陶瓷粉末
型砂
高分子,石膏
黏結劑
添加材料
裝置
噴射系統
連續式噴射:陣列式噴嘴
按需式噴射
熱發泡式
微電壓式
粉末供給系統
運動控制系統
環境控制系統
硬體系統
軟體系統
優缺點
優點
成本較低
成型材料廣泛
無需添加支撐
成型效率較高
可實現多彩列印
缺點
初始成型件強度低
成型精度較低
噴頭容易堵塞
應用
鑄造砂型的製作
功能部件製作
輔助醫療
製藥工程