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新工艺“双激光技术”使金属3D打印物粗糙度较传统工艺降低80%

3D打印机自出现以来,因其安全系数高,可操作性强,越来越受到业余爱好者们的青眯。

在打印过程中,由于粉末颗粒的飞溅,零件上经常会形成小的隆起,从而导致零件表面粗糙,这个问题令很多使用者们头疼不已。

特别是金属3D打印机打印的金属零件,因为在它放置陈列室前,它已经经过了大量类似CNC加工、喷丸或喷砂后处理工艺,其表面很容易凹凸不平。

新工艺“双激光技术”使金属3D打印粗糙度较传统工艺,降低80%

图片来源:OFweek维科网

目前,已经开发出了很多种方法来解决在构建过程中金属零件的表面光洁度,包括机械加工、激光烧蚀和蚀刻、电化学加工等。

当下常用的四种解决方法

3D打印零件表面的粗糙问题已经存在很久了,针对它的解决办法,目前常用的有如下四种:

1、使用更微小的原材料

这是最直接的解决方法,为提高表面光洁度,可采用更细的粉末、更小的层厚,这个方法很好理解,3D打印机采用分层打印的方法,因此如果原材料粉末足够微小那会使零件表面光洁度大大提高。

但这种方式存在着一些问题,比如会提高材料成本,就需要在表面光洁度和成本间取平衡。具体使用时,还要全方面考虑该方法。

2、手工处理

手工处理主要使用砂纸,锉刀,锤凿、钢丝刷等工具,对零件进行打磨,以使零件达到理想的结果。

在进行打磨时,有一点务必需要注意。这个方法是靠人手来回摩擦运动,在打磨过程中很容易由于摩擦次数多而造成过度打磨,因此一定要提前计算好需要打磨材料的多少。

这是最原始的一种处理方法,这个方法只能适用于3D打印爱好者们打印小的、不复杂的零件,对于复杂的或者是批量生产的零件,该方法是完全不可取的。

3、喷砂处理

该方法是运用高速沙流的冲击功能来处理3D打印产品表面凹凸现象。

处理过程中,利用空气压缩作为动力,在一个封闭的空间内将磨料(如石英砂)以喷射束状高速喷射到需要出来的3D打印零件表面,使零件表面发生变化。

这个方法的优点是能够快速的打磨3D打印产品,但由于冲击力的原因,该方法只能用于厚重的3D打印零件,如果是轻薄的零件,会直接被磨料毁坏。

此外,该类技术对设备的要求也非常高,比如气泵。

4、化学处理

此方法主要针对于ABS树脂为原材料的打印产品,通常使用丙酮作为试剂。

通常操作步骤是,将少量丙酮置放于一个密封的容器中,再将ABS零件放进容器中悬挂或是采用支架撑起,随后将该容器盖好密封并置放于加热盘上进行加热,待一段时间后将ABS零件拿出来晾干即可。

该方法处理速度很快,而且能确保3D打印零件的原色不变。但需要注意,丙酮是一种有毒的腐蚀性药剂,在使用过程中要小心药剂过多腐蚀零件,还要防止丙酮逸出对人体产生危害。

除了上述的四种常用处理方法外,还有很多种处理方法,但每种方法都有利有弊,具体的选择还是要跟使用时的情况来决定。

无论是哪种处理方法,从制造的过程来看,这都是后期的处理,那如果能在打印的过程中就解决这一问题,那会省去很多时间和成本,因此,对很多人来说都迫切需要出现一种新的技术来解决这一问题。

双重激光技术破解难题

近日,来自比利时鲁汶大学的研究生Lars Vanmunster和他的团队研发了一种新工艺,这种工艺可以改进使用激光粉末床熔合进行3D打印的金属零件的表面光洁度。

该技术通过将3D Systems公司生产的ProX DMP 320A与500W激光器配合使用,并使用第二纳秒级的fiber光纤激光器,以此形成双重激光法,可在打印过程中自动执行表面精加工。

在打印过程中,当第一个能量源用于打印零件时,第二个脉冲激光通过向打印区域发送微小的冲击波来去除残留的粉末,从而使得打印出来的金属零件表面更加光滑,可将粗糙度降低80%。

除了能够在构建过程中执行平滑处理之外,与常规的处理技术(打印成型后再处理)相比,使用该方法还有很多好处。

例如,常规的加工方式在打印完成后对金属零件的表面进行处理时,需要一系列复杂的步骤:先从3D打印机上卸下零件,换到合适的地方对其进行夹紧,然后进行表面处理以及将其松开。

所有的这些步骤都会花费大量时间,外加大量的费用。如果是工业级的3D打印机,常规的加工方式可能还会使得生产效率大大降低。

而双重激光技术的一大优势就是它可以在原位进行加工,这意味着不需要人工进行移动和重新夹紧。

这样的设计无疑最为巧妙,对于该技术的灵感,Vanmunster表示,双激光装置是几年前在鲁汶大学的3D打印研究小组开发的。 AM团队通过对这种新颖的双激光装置进行了深入的测试和实验,发现了通过脉冲激光的冲击波能够选择性去除粉末的现象。

随后经过深入的研究,研发了双重激光技术。

虽然,目前该技术还处于实验室中,但Vanmunster团队在研发初期就意识到,要将这项技术整合到现有的金属3D打印机中,需要与制造商本身合作。

因此,从一开始,Vanmunster团队就在3DSystems-LayerWise的商用LPBF机器中尝试双激光设置,目前团队已经与该公司的工程师合作,共同实施了所需的所有硬件和软件修改。

新工艺“双激光技术”使金属3D打印粗糙度较传统工艺,降低80%

图片来源:OFweek维科网

接下来,Vanmunster团队希望将这个技术应用于更复杂的现实世界对象,以便证明其在工业产品中的实用性。

相较于传统的解决方法,双重激光技术的可适用范围更加宽广,它不像化学处理主要适用于ABS材料零件、也不像喷砂处理那样只能用于厚重零件,而是能广阔用于各类零件,且对零件本身没有损坏。

随着研究人员的不断深入,金属3D打印机打印的金属零件表面粗糙问题会有更多的解决办法,届时,3D打印机一定会迎来更多的用户。

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