技術文章

當前頁面: 首頁 >技術文章 >高質量的金屬3D打印件如何保障?

高質量的金屬3D打印件如何保障?

供稿:bbgoex鑫航國際 2019/9/3 16:50:24

0 人氣:745

  • 關鍵詞: 金屬3D打印
  • 摘要:金屬3D打印過程複雜,影響最終打印質量的因素眾多,需要從原材料、工藝、設備三方面綜合管控,才能得到高質量的金屬3D打印件。每一批次原材料需要合乎規範要求,工藝需要經長期檢驗確保其高度穩定可靠,設備(含軟件)需要整體綜合設計保證其可靠性,若任何一個要素沒有考慮到位,則都有可能導致最終的工件打印失敗或質量檢驗不合格。

金屬3D打印過程複雜(如圖1所示),影響最終打印質量的因素眾多,需要從原材料、工藝、設備三方面綜合管控,才能得到高質量的金屬3D打印件。每一批次原材料需要合乎規範要求,工藝需要經長期檢驗確保其高度穩定可靠,設備(含軟件)需要整體綜合設計保證其可靠性,若任何一個要素沒有考慮到位,則都有可能導致最終的工件打印失敗或質量檢驗不合格。

1.jpg

圖1 典型金屬3D打印過程(圖片來源於華曙高科)

2.jpg

圖2 原材料-工藝-設備相互影響關係(圖片來源於華曙高科)



一、材料端


金屬粉末材料對金屬3D打印成型質量至關重要,對於金屬粉末有嚴格技術要求,華曙金屬粉末來源於卓越品質供應商,同時建立有金屬粉末質量控制企業標準,雙管齊下,保證粉末質量。一般情況下,粉末需要檢測的指標有:


1.1.化學成分

各元素含量需滿足相關國家標準,對於使用的每一批次粉末,至少抽取一罐檢驗,一般金屬元素採用等離子體原子發射光譜儀檢測,O 、N、 H元素採用氧氮氫分析儀檢測,C元素採用碳硫分析儀檢測。若任意元素檢測結果不在合格範圍,則判定該批次粉末不合格。

3.jpg

圖3 電感耦合等離子體原子發射光譜儀(華曙自有)


1.2.粒徑分佈

適用於金屬3D打印粉末需要滿足一定的粒徑分佈,根據工藝特點需要控制D10,D50,D90,對於每一批次粉末均需採用激光粒度分析儀檢測粒徑分佈,(檢測標準:GB/T 19077.1粒度分析激光衍射法第1部分:通則);若任意參數檢測結果不在合格範圍,判定該批次粉末不合格。

4.jpg

圖4 激光粒度儀(華曙自有)

6.jpg

圖5 粒徑分佈圖(示意圖,來源於華曙高科)

1.3.流動性

金屬3D打印對粉末流動性有確切要求,粉末流動性較差時主要影響鋪粉質量,從而影響打印質量。對於每批次粉末至少抽取一罐檢驗,採用霍爾流速計進行檢測,檢測標準:GB/T 1482 金屬粉末流動性的測定標準漏斗法(霍爾流速計)。若檢測結果不在合格範圍,則判定該批次粉末不合格。

7.jpg

圖5 霍爾流速計(華曙自有)


1.4.其他重要指標

粉末形貌,球形度,空心粉率,粉末濕度,松裝/振實密度,休止角等均需進行相應的檢驗。

8.jpg

圖6 金屬粉末(17-4PH)SEM形貌



二、工藝端


金屬3D打印工藝參數較多,大致可分為實體填充參數、輪廓參數、支撐參數等。華曙擁有超40人的應用研發團隊,以及超過25年3D打印行業應用經驗的Philip Cornner等高級海外顧問。該團隊專門從事材料工藝參數開發及樣件打印工藝設計工作,為客户尋找最佳的應用方向,是客户邁入增材製造世界不可或缺的得力助手。截止到目前,該團隊已發佈14種以上材料工藝參數包並協助客户實現超100個成功應用案例。


為了確保工藝參數穩定可靠,實行專題化研究,具體的工藝開發路線如下圖7所示,經重複打印驗證(如義齒數十萬次),確保工藝參數的高度可靠性。

9.jpg

圖7 工藝開發調試流程圖(圖片來源於華曙高科)


功率Laser power(p)、速度Scanning speed(v),掃描線間距hatching distance(h),層厚layer thickness(t)是影響金屬3D打印效率和性能的關鍵要素,如圖8所示。通常工藝調試圍繞這四個工藝參數展開,體積功率密度計算公式如式1-1。

10.jpg

圖8 工藝參數圖解(圖片來源於華曙高科)


01.png

式1-1


打印的基本測試樣件(如圖9)根據對應的標準進行測試,具體測試標準可以參考表1,對測試結果進行彙總和數據分析,得出最佳的力學性能所對應的參數。


12.jpg

圖9 工藝調試所打印的測試樣(圖片來源於華曙高科)


13.png

表1 檢測項目和參考標準(來源於華曙高科)



三、設備端


金屬3D打印對於設備要求非常嚴格,需要具備高精度的光路系統,兼顧精度與效率的運動機構等。華曙高科設備研發團隊擁有雄厚技術實力,由世界知名科學家許小曙博士領銜,涵蓋機械,軟件,光學,PLC,熱場,物理技術,電子技術等方向,團隊中擁有多名超過10年以上設計經驗的資深工程師。許小曙博士是享譽世界的粉末牀增材製造技術的著名人物和企業家、福布斯雜誌封面人物,擁有超過 20 年的增材製造經驗,獲得過“世界 100 位應用科學領域突出貢獻獎”、“最佳人工智能獎”等世界級獎項,曾在全球多家增材製造企業領銜關鍵技術研發及產業化,與此同時,華曙設備關鍵元器件均源於世界頂級供應商。


華曙高科金屬3D打印系統亮點優勢有——


動態光學系統


相比F-Ɵ鏡,動態聚焦可實現對光斑的靈活控制,從而可以實現提高打印效率的同時又保證打印質量,還可以顯著改善打印部件的表面精度。

14.png

圖10 動態聚集技術圖解(圖片來源於華曙高科)

15.png

圖11 光束質量分析測試(圖片來源於華曙高科)


軟件系統


華曙高科自主研發的增材製造一體化開源軟件操作系統,集合製造與故障診斷温場控制、遠程監測、數據反饋與集成控制等功能於一體,是將增材製造多個模塊功能集成一體的系統控制軟件,也是具有開源性特徵的3D打印軟件系統,突破了歐美增材製造企業原有封閉式軟件的技術侷限,成為本領域開放式軟件平台。


客户使用華曙自主研發軟件就可以進行完整的模型預處理和設備控制,不需要投資購買任何第三方軟件。


Buildstar system

Buildstar軟件用於燒結工作包的排布,具備STL 排包( 平移, 旋轉等)、尺寸縮放、待支撐面預覽、生成支撐、尺寸補償和校準、建造和工件參數設定、碰撞檢測、時間和材料估算、掃描路徑預覽、測量等功能。華曙秉承開源理念,開放燒結參數供用户調整,為客户的材料研發和應用研發提供有效的解決方案; 

16.png

圖12 Bulidstar 界面(圖片來源於華曙高科)


17.png

圖13 Buildstar 切片界面(圖片來源於華曙高科)


Makestar system

MakeStar 軟件用於控制設備所有動作,具備實時圖表監控:包含工作腔氧氣含量值的實時曲線圖、循環系統壓力實時曲線圖、活塞加熱器温度曲線圖(自上而下排列);信息欄:實時顯示設備提示、警告及報警消息,可清空操作;狀態欄:記錄設備當前運行的狀態,包含工作腔門、氣路控制、激光、加熱器、成型缸活塞、缸體轉運、刮刀、溢粉缸、缸體提升及基板等相關信息。

18.png


來源:華曙高科

審核編輯(王靜)
更多內容請訪問 bbgoex鑫航國際(bbgoex鑫航國際)

手機掃描二維碼分享本頁

工控網APP下載安裝

 

我來評價

評價:
一般