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3D打印粉末烧结成型材料——金属粉末来源:中国3D打印网作者:2014-01-0810:40:26 金属粉末用SLS制造金属功能件的方法有间接法和直接法,其中间接法速度较快,精度较高,技术最成熟,应用最广泛。 1间接烧结成型: (1)间接烧结成型的原理。用高分子聚合物作为粘结剂。由于聚合物软化温度较低,热塑性较好及粘度低,采用包覆制作工艺,将聚合物包覆在金属粉末表面,或者将其与金属粉末材料以某种形式混在一起,在用SLS成型时,激光加热使聚合物成为熔融态,流入金属粉粒间,将金属粉末粘结在一起而成型。在成型的坯件(greenpart)中,既有金属成分,又有聚合物成分。坯件还需要进行热降解、二次烧结和渗金属后处理,才能成为纯金属件。间接法使用的材料中,结构材料是金属,主要是不锈钢和镍粉,聚合物主要是热塑性材料。热塑性聚合物材料有两类,一类是无定型,另一类是结晶型。无定型材料分子链上分子的排列是无序的,如PC材料;结晶型材料分子链上分子的排列是有序的,如尼龙(nylon)材料。这两种热塑性聚合物都可以用来作SLS材料中的粘结剂。由于无定型材料和结晶型材料各有不同的热特性,因此也决定了SLS工艺参数的不同。聚合物在成型材料中主要以两种形式存在,一种是聚合物粉末与金属粉末的机械混合物,另一种是聚合物均匀地覆在金属粉粒的表面。将聚合物覆盖在金属粉末表面的方法有多种,如可将热塑性材料制成溶液,稀释后与粉末混合,搅拌,然后干燥;还可将聚合物加热熔化,以雾状喷出,覆在粉粒表面。在聚合物和金属粉末质量分数相同的情况下,覆层粉末烧结后的强度要高于机械混合的材料。目前,应用最多的成型材料主要是覆层金属粉末。(2)间接法烧结成型工艺激光烧结。工艺参数:激光功率、扫描速度、扫描间距、粉末预热温度。后处理工艺。成型坯件必须进行后处理才能成为密实的金属功能件。后处理一般有三步:降解聚合物、二次烧结和渗金属。这三个阶段可以在同一个加热炉中进行,保护气氛为30%的氢气,70%的氮气。降解聚合物降解加热在两个不同温度的保温阶段完成,先将坯件加热到350℃,保温5h,然后再升温到450℃,保温4h。在这两个温度段,聚合物都发生分解,其产物是多种气体,通过加热炉上的抽风系统将其去除。通过降解,98%以上的聚合物被去除。二次烧结当聚合物大部分被降解后,金属粉粒间只靠残余的一点聚合物和金属粉末间的摩擦力来保持,这个力是很小的。要保持形状,必须在金属粉粒间建立新的联系,这就是将坯件加热到更高温度,通过扩散来建立联结。加热温度根据材料确定,对RapidSteel110,加热到约1000℃,保温8h。渗金属二次烧结后的成型件是多孔体,强度也不高,提高强度的方法就是渗金属。熔点较低的金属熔化后,在毛细力或重力的作用下,通过成型件内相互连通的孔洞,填满成型件内的所有空隙,使成型件成为密实的金属件。渗金属在可控气氛或真空中进行。在可控气氛中,必须使渗入金属单向流动,这样可让连通孔隙中的空气离开成型件;如多方向渗入,会将成型件中的气体封在体内,形成气孔而削弱强度。如果将成型件置于真空室内渗金属,由于成型件内没有空气存在,可将成型件浸入液态金属中,金属液体从四周同时渗入,渗入速度快,时间短。(3)间接烧结快速成型零件工艺特点用SLS系统间接成型金属件,其成型速度较快,可制造形状复杂的金属件,主要用来快速制造注塑模