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基于粉床的金屬打印速度問題簡析

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關鍵詞: 3D打印,打印速度,粉床

    打印速度是影響金屬打印成本的重要因素之一,也是限制其工業應用的重要原因,本文主要討論基于粉床(SLM)的金屬打印速度的幾個因素。

    影響金屬打印速度的幾個因素:刮刀鋪送粉速度、掃描速度、填充間距以及分層厚度。金屬打印質量的好壞需要激光功率、掃描速度、填充間距以及分層厚度四個參數相互配合,為獲得良好的性能,一個參數的改變勢必引起另一參數也發生改變,因此對于速度造成的是綜合影響。

    1.刮刀鋪送粉的影響

    送粉速度是影響整個打印速度的重要因素,為了保持設備的機械穩定性,送粉速度不宜過快,而且過快的速度也會影響鋪粉的效果。為了減小鋪送粉帶來的影響,有的金屬機采用了雙向送粉的方式,在打印過程中可減少一個行程,將會給打印速度帶來明顯影響。采用該方式的打印機,往往使用上送粉方式,刮刀處設置一漏斗,每次釋放略多于兩次的粉末。

    2.分層厚度

    分層厚度對于打印效率的影響表現在,分層厚度越小,切片越多,刮刀行程越多,從而導致打印速度降低。在忽略其他參數影響的情況下,對比不同分層厚度對于打印效率的影響。

    SLM分層厚度一般為0.02mm與0.03mm,鮮有超過這兩個厚度的。以下面模型為例進行不同層厚打印的時間預估,該模型高度為22mm。并以0.02mm為基準計算提升效率。

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    如上表所示,層厚的改變對打印速度的提升效果明顯,實際上,零件越高,這種影響越顯著。但分層厚度不能無限度的增加,為了使每一層完全燒結,較大的粉末厚度勢必犧牲掃描速度,這對于提高成型效率并沒幫助,甚至會造成打印質量的降低并使打印的失敗率提高。

    3.掃描速度

    在激光功率確定的情況下,須配合一定的掃描速度才能打印出性能優異的零件,同時,可能存在不同的參數仍能打印出滿足需求的性能,從而出現打印速度不同的問題。在0.02mm分層厚度條件下,忽略搭接率的影響,對上述零件以不同掃描速度進行打印效率預估:

    目前工業用SLM設備激光器功率通常在200-500w,每層預設粉末厚度10-30μm,因此對于掃描速度的提升具有空間,可以通過工藝的調整提高打印效率。

    4.填充間距

    填充間距通過影響激光行程影響打印效率,激光功率與掃描速度的配合要求填充間距同時發生改變,因此填充間距對打印效率的影響可通過掃描速度體現。

    通過分析得出,在硬件條件固定的情況下,分層厚度是影響打印效率的重要因素,但打印層厚會直接影響零件性能,因此必須根據應用場合的不同做出合適的選擇。

    (審核編輯: 林靜)

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