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1、42材料工程/2004年5期直接金属粉末激光烧结成形机制的研究ResearchonMechanismofDirectMetalLaserSintering顾冬冬,沈以赴,潘琰峰,胥橙庭(南京航空航天大学,南京210016)GUDong-dong,SHENYi-fu,PANYan-feng,XUCheng-ting(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)摘要:分析了直接金属粉末激光烧结中单组元金属粉末、多组元金属粉末和预合金
2、粉末的烧结成形机制;详细讨论了表面张力、粘度、颗粒尺寸及其分布和吸收率/反射率等材料特性以及激光参数、铺粉厚度、保护气氛、粉床预热温度和烧结辅助材料等工艺参数对成形质量的影响;并讨论了直接金属粉末激光烧结的进一步研究方向。关键词:直接金属粉末激光烧结;液相烧结;成形机制;材料特性;工艺参数中图分类号:TG14;TG166文献标识码:A文章编号:1001-4381(2004)05-0042-07Abstract:Sinteringmechanismofthesingle-component/multi-compone
3、ntmetalpowdersandthepre-alloyedpowdersduringDirectMetalLaserSintering(DMLS)processwereanalyzed.Thema-terialpropertiessuchassurfacetension,viscosity,particlesizeanditsdistribution,andab-sorbance/reflectivitytogetherwiththeprocessingvariablessuchaslaserparameter
4、s,layeringthicknessofpowders,atmosphericcontrol,bedpre-heatingtemperature,andsinteringassistedma-terial,whichaffectsinteringanddensificationofDMLS-processedparts,werediscussed.Thefur-therdirectionsoftheresearchmethodinDMLSwereaddressed.Keywords:directmetallase
5、rsintering(DMLS);liquidphasesintering(LPS);sinteringmecha-nism;materialproperties;processingvariables选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering,属二次熔浸等辅助工艺手段。与间接SLS技术相比,SLS)是快速原型制造技术(RapidPrototyping,DMLS工艺最主要的优点是取消了昂贵且费时的预[3]RP)的一个重要分支,近年来日益成为材料应用与制处理和后处理工艺步骤。目前,由于DMLS技术
6、具造领域的研究热点。SLS工艺原理是将计算机产生的有诸多优点,而使其倍受关注。其一,DMLS工艺能CAD实体模型,经分层切片软件处理成一系列薄截快速制造出功能性金属零件原型和金属模具,大幅缩面层,并根据各截面层的二维数据控制激光束有选择短生产周期及削减生产成本,尤其适于小批量生产。地烧结粉末材料的某一区域,从而生成零件的一个水其二,DMLS工艺的制作精度较高,能实现零件的精平方向的层面,后续材料与已烧结层粘结,逐渐堆积密成形;且制作大件的能力亦显著提高,如美国DTM[1,2]成一个三维实体。由于SLS是利用激光作为
7、热源公司和德国EOS公司生产的Sinterstation2500和来直接烧结处于疏松状态的粉末材料成形零部件,故EOSINTS700的X-Y精度可达数控机床水平,Z方它是真正意义上的直接自由制造(DirectFreeform向精度能保持在0.1mm左右,而制作范围分别达到[3]Fabrication,DFF)。利用SLS工艺直接烧结金属粉330mm×381mm×432mm和700mm×380mm×[7]末成形三维零部件是快速原型制造的最终目标之380mm。因此,DMLS技术的商业化应用已在世界[3][4]一。SLS
8、制造金属零部件,通常有两种方法,其一范围内引起工业界广泛的关注,它正广泛用于制造快[2,8,9][9,10]为间接法,即聚合物覆膜金属粉末的SLS;其二为直速模具(RapidTooling,RT),EDM电极,梯[11]接法,即直接金属粉末激光烧结(DirectMetalLaser度功能材料,以及航空、航天和其他装备用高性能[3,12—17]Sinterin
