Page 22 - LFWC_JulAug_2019_eMag

Applications 应用天地

增材制造

针对轻量金属零件制造的增材制造工艺

文/Ahmed Maamoun

即 将到来的工业革命，即工业 4.0，带来了先进制 SLM制造的完工铝合金零件的优化工艺窗口
造的新时代。工业 4.0 由一些领域的当前发展提
供支持，例如增材制造（也称为 3D 打印）、自 AlSi10Mg 距离公差 (mm) Al6061 距离公差 (mm)
-0.03
0.2
0.18
0.03
alloy alloy
主机器人、预测性维护和分析、软件集成和网络安全。金 表面粗糙度 (µm) 相对密度 (%)
5.5 9 98.6 98.7
属的增材制造提供了各种解决方案，以减少当前的设计和 相对密度 (%) 表面粗糙度 (µm)
扫描速度 99.3 99.8 速度 (mm/s) 3.2 6
制造限制，因此将改善零件性能和定制化。 (mm/s)
1300 增加表面粗糙度
选择性激光熔化（SLM）是金属增材制造的常用技术， 降低相对
1400 密度 尺寸过小
它使用激光束根据 3D CAD 模型生成的切片，熔化每个粉 1300 增加表面 降低相对密度 潜在降低
粗糙度 表面粗糙度
末层。与减材制造（CNC 加工）相比，这种增材制造技 1200 1000
尺寸过小
术可以提供接近最终形状的物体，将对工件开发产生显著
尺寸过大
潜在降低
影响。 1000 表面粗糙度 800 250 280 310
200 240 280 320
功率 (W) 功率 (W) 潜在增加
SLM 还可用于生产成型和压铸技术的有效工具。 相对密度
图1：SLM工艺参数对完工的AlSi10Mg零件质量的影响。
使用 SLM 技术，有望使铝合金的增材制造实现灵活
设计、高效生产和轻量型的零件。然而，扩大 SLM 应用 18 个之前的构建。粉末表征结果显示，新鲜粉末和再循
的一些挑战，例如获得一致的材料特性、提高制造零件的 环粉末之间具有相似的性质，并且使用再利用粉末制造的
质量以及降低其生产成本，都是活跃的研究问题。 零件的质量没有损失。值得注意的是，该铝合金的溅射颗
最近，本文作者在博士研究期间，为提高采用 SLM 粒的尺寸超过 100µm，因此有助于在筛孔尺寸为 75µm 的
生产的零件的质量和降低生产成本做出了一些重要贡献。 筛分后排除这些颗粒。这项工作使每个构建过程的生产成
这项工作的重点是优化增材制造的铝部件的质量和成本， 本降低了数百美元。
这些部件应用于某些关键应用，特别是用于高功率激光系
统或宽视野太空望远镜的金属反射镜。 产品质量的定制化
[2,3]
该研究的主要目标集中在减少或消除完工零件的缺 作者全面研究了SLM工艺参数对零件质量的影响。
陷，如微观结构不均匀、孔隙率和表面缺陷。这些目标 建立工艺图，以优化所制造的完工铝部件的性能特征（见
是通过五项全面的研究实现的，随后还给出了一个典型 图 1）。
TMA 望远镜的反射镜的案例研究。 根据使用全析因技术的实验设计（DOE）分析，为
Al6061 和 AlSi10Mg 合金开发了工艺图。除了表征零件
具备成本效益的再利用粉末 的微观结构和机械性能外，开发的工艺图还研究了沿着

根据 ASTM F3049-14 标准，对新鲜和再利用铝合金 SLM 工艺参数选定范围的相对密度、表面粗糙度和尺寸
（AlSi10Mg）粉末的完整表征，显示了使用 SLM 技术， 精度的行为。
将其重新用作具有成本效益的增材制造工艺的一部分的可 结果发现，AlSi10Mg 是一种比 Al6061 合金与 SLM
能性。 [1] 工艺更兼容的铝合金，因为 AlSi10Mg 的热膨胀系数相对
在提供适当的回收程序后，再利用粉末已重复用于 较低，可以防止裂纹形成和凝固后的零件收缩。使用 50J/

20 Jul/ Aug 2019 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界