什么是烧结在粘结剂喷射3D打印过程?
技术指南 2021年7月22日

什么是烧结在粘结剂喷射3D打印过程?

粘结剂喷射增材制造工艺是一个两步的过程,其中的组件是在单独的步骤中印刷和致密化.

印刷步骤是在金属粉末床上进行高精度喷印. 当粘合剂被喷射到粉床上时,金属粉末被粘结在一起. 以循环的方式, 粉末床被降低,并在上面重新涂上额外的松散粉末,以形成下一层. 这是一层一层地完成,直到整个构建盒被使用和填充金属粉末. 打印的组件现在位于构建框内的三维空间中, 由松散的金属粉末支撑. 打印的组件在这个阶段处于绿色状态(粉末组件尚未烧结以获得最终强度)。. 然后在封闭的环境中用真空和压缩空气从粉末中清除绿色部件. 然后将绿色的部件放置在陶瓷板上,并在接下来的烧结步骤中致密化.

在烧结阶段, 零件被加热到接近熔化温度的程度, 经常达到固相温度, 然后在那个温度下浸泡一段时间. 烧结通常在真空或还原气氛下进行,在精确控制流量的专用熔炉中进行, 压力, 和热, 这取决于所加工的特定金属合金. 例如, 不锈钢的烧结是在温度超过1350摄氏度(2450华氏度)的部分减压气氛中,用流动的氢气进行的。. 正是在这一步骤中,金属粒子融合在一起,组件获得其强度, 密度和材料性能.

虽然烧结, 以加热强化的形式, 首先应用于陶瓷制陶26,000年前, 直到20世纪40年代,人们才了解其背后的科学原理:烧结结合表面能和高温原子运动,以结合粒子,并使组件致密化. 在大多数工程材料中,室温下的原子运动太低,不足以引起致密化, 但是由于在熔化温度附近加热材料提供了丰富的能量, 原子运动急剧增加,以至于每个原子每秒改变位置6次. 首先,粒子结合在一起,在它们与相邻粒子的接触点上形成一个颈. 每个粒子可以与相邻的粒子有多达七个接触点, 因此,构成印刷绿色零件的数十亿个金属颗粒中的每一个都与接触颗粒形成多个颈. 随后, 粒子之间的原子运动将粒子拉在一起,导致零件的致密化和收缩. 最后, 粒子之间的气孔坍缩成空隙,由相邻粒子的熔接金属填充.

由致密化引起的收缩通常控制得很好,通常不需要由零件设计者来补偿. 当为打印机准备数字文件时,应用工程师会进行补偿,以确保满足最终尺寸公差. 然而,还有一些重要的方面需要考虑, 因为在烧结过程中,如果设计不合适,会有变形和变形的风险.

烧结的结果是金属颗粒转变成固体物质, 具有冶金组织和材料性能,与传统制造的金属部件竞争. 事实上, 烧结后, 粒子熔合成固体, 而且很难确定这种材料一开始是粉末.

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