綜合歸納增材制造工藝影響因素

日期:2018/08/20類型:行業新聞

關鍵詞:廣東大宏新材料,金屬粉末注射成型,MIM技術,MIM新材料,粉末冶金,精密復雜零件,精密結構件,一次成形,脫脂燒結,MIM手機零件,MIM智能穿戴,MIM陶瓷應用,MIM汽車零件,MIM醫療器械,粉末冶金微型齒輪,粉末冶金小模數齒輪

綜合前兩篇關于增材制造的介紹,即淺談金屬增材制造技術的工藝方法簡單分析增材制造工藝的主要影響因素可知,使用增材制造技術加工工件時,首先要根據材料的特性選定熱源類型、功率大小及掃描速度等參數,然后將材料通過輸送裝置置于加工區,并在熱源的作用下逐步成型。增材制造過程是一個非連續加工過程,工藝過程的穩定性、一致性是其成敗的關鍵。產品加工的穩定性、一致性的要求需要由材料、熱源、工藝流程等因素的共同作用才能保證。增材制造過程中,一般熱源的類型、功率大小及掃描速度是恒定的,即加工過程中材料成型的熱源是穩定一致的。加工過程中,熱源會同時與粉末及已成型區的基體發生作用,采用鋪粉方式送粉時,熱源對粉末的作用更加的直接;而采用直接送粉方式時,熱源與基體之間的作用會變得更明顯。

粉末無論采用哪種方式被置于成型區,在相同的作用區域、空間,熱源對粉體作用總量是穩定的。熱源作用于材料時,受作用機理以及材料自身狀態(如粒度、球形度、表面狀態)等因素的影響。因此,增材制造過程的穩定性最終由材料的穩定性、一致性所決定。材料的一致性越好,加工過程中材料發生的冶金變化越穩定,這樣才能保證掃描路徑中材料的變化以及最終的性能更加的穩定、一致。對于粉末材料,性能的一致性不僅包括材料的化學成分、組織、力學性能等常規性能一致,同時其形貌特征,如粒徑大小、球型度等因素也是重要的指標。最理想的增材制造用粉末應是粒徑尺寸、外形一致的。受生產工藝及方法的限制,實際生產中很難采用完全一致的材料,加工用的粉末一般由多種粒徑的粉末混合而成。為保證加工過程中的穩定性,這種混合粉末在加工過程中發生的冶金變化應控制在合理的范圍內。

由增材制造技術的特點可知,k為常數。當Q供/Q需=1時是最理想的加工狀態,材料在熱源的作用下即不會過熱,也不會欠熱;而當Q供/Q需>1時,說明加工過程中熱源的供給超過需求,多余的能量會將粉末加熱到高于成型所需的溫度;當Q供/Q需<1時,說明能量的供應不足。由于粉末直徑越小,在其他參數相同的條件下,Q供/Q需的比值越大,即能量供應過量幅度越大,越容易在成型過程中出現過熱現象。過度的加熱可能會造成材料熔融過度,熔池溫度過高,熔池內金屬液的流動情況變得更為復雜,有可能使金屬液發生飛濺現象,過高的溫度更容易使合金元素發生燒損,甚至會導致元素與保護氣體發生反應而引入夾雜等問題。粉末直徑越小,比表面積越大,越容易發生團聚現象,團聚后的粉末會大大降低粉末的可輸送性。

金屬熔融后,受表面張力的作用極易發生球化,由于成型中冷卻速度快,球化可能會被完全保留下來,使得工件的表面質量下降,嚴重時可以造成加工無法進行。實際生產中發現,加工過程中發生球化現象的程度隨粉末中細粉的比例增大而增強。當粉末直徑過大時,加熱過程獲取的能量無法充分地將粉末加熱至理想成型溫度,這可能導致材料的冶金變化不完全,影響材料之間的結合力,使得工件的致密性下降。當粉末直徑達到一臨界值時,成型過程將完全無法進行。由函數的變化規律可知,在以d0為中間的相鄰區域內,函數的變化較為平緩,此時能量的供給與需求之比偏離理想狀態相對較小,這利于保持增材制造過程的穩定性。由此可推知,增材制造用的粉末材料粒度分布應在一個比較窄的范圍內。這與目前增材制造用粉的粒度一般在200~500目的實際情況相符合。

綜上所述,廣東大宏新材料對增材制造技術作出以下三點結論:

1、增材制造是一種新興的成型技術,而材料是制約增材制造工藝廣泛應用的主要因素。

2、增材制造用粉末材料與粉末冶金用粉末材料在本質上沒有區別,但其粒度分布要求更為嚴格,需控制在一個較窄的范圍內。

3、增材制造用粉末的粒徑、粒度的分布由熱源類型、成型參數所決定。


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