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基于層壓成形法的新技術(shù)及其應(yīng)用

刊名：塑性と加工（日）

刊期：2015年第2期

作者：安逹充等

編譯：郝長文

不使用3D數(shù)據(jù)造型，而直接成形立體選形物的層壓造型法受到廣泛關(guān)注。介紹砂層壓成形法和金屬層壓成形法的特點(diǎn)及其應(yīng)用。

砂層壓成形法和金屬層壓成形法的制造工序產(chǎn)品如下。

（1）鋪設(shè)一定厚度的粉末。

（2）對(duì)按照3D數(shù)據(jù)和分層數(shù)據(jù)固化的部位進(jìn)行局部加熱，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，粉末固化。

（3）造型工作臺(tái)下降，重復(fù)進(jìn)行。

（4）清除未固化的粉末，取出制品或中間制品。如此利用砂層壓成形法制造出澆鑄金屬熔液的鑄型，利用金屬層壓成形法制造出最終形狀的金屬制品。

重點(diǎn)介紹4種層壓造型法：利用砂層壓成形裝置進(jìn)行的激光燒結(jié)層壓成形工藝和噴射層壓成形工藝；利用金屬層壓成形裝置進(jìn)行的電子束層壓成形工藝和激光層壓成形工藝。

電子束層壓成形法。使用瑞典Arcam公司制造的A2型金屬層壓成形裝置。使用直徑約65μm的鈦合金粉末和鈷合金粉末。層壓成形裝置的成形室（腔）內(nèi)保持真空狀態(tài)，重復(fù)操作下列工序，成形最終制品。

（1）鋪設(shè)一定厚度粉末；

（2）粉末預(yù)熱；

（3）按照3D數(shù)據(jù)和分層數(shù)據(jù)進(jìn)行局部熔化；

（4）造型工作臺(tái)降下。

粉末的熔化工序如下。

（1）向2500℃熱絲放射的電子通過陽極被加速到1/2光速。

（2）被加速的電子利用聚集線圈將焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)粉末。

（3）電子運(yùn)動(dòng)能被轉(zhuǎn)換為熱能，使粉末熔化。

粉末預(yù)熱（溫度約973～1173K）的目的是抑制粉末飛散，為順利熔化操作，實(shí)施假燒結(jié)，使薄壁制品變形較小。制品造型的尺寸約為200×200×380mm，一次層壓厚度0.05～0.2mm。造型速度平均30～60s時(shí)為0.05mm。

層壓工序結(jié)束后，使用同種粉末噴射未熔解粉末，取出熔化后固化的制品。介紹了電子束層壓成形制品的抗拉強(qiáng)度、金相組織等。

研究得出以下結(jié)論。

（1）使用層壓砂壁能夠減少必要的砂型數(shù)量，并可在短時(shí)間內(nèi)制作復(fù)雜的砂型，使制造工時(shí)大幅減少，并可制作高精度鑄件。

（2）利用金屬層壓成形法工藝的制品能適當(dāng)選擇制造條件，制品內(nèi)部品質(zhì)優(yōu)良。例如，即使在不進(jìn)行熱處理的狀態(tài)下，其抗拉特性也優(yōu)于之前的方法。

（3）層壓成形制品是不用加工就可使用的產(chǎn)品。利用電子束層壓成形法的鈦合金制品，經(jīng)過熱處理會(huì)使伸長率大幅降低，表面粗糙度大幅改善。利用激光層壓成形法制作的Al-10Si-Mg合金制品，熱處理后強(qiáng)度降低。因此，不一定要進(jìn)行熱處理。

（4）應(yīng)用金屬層壓成形法不僅需考慮制品形狀、成本，而且需考慮所要制品的力學(xué)性能等。將其與其它工藝方法進(jìn)行比較，綜合研究后做出選擇。