基于层压成形法的新技术及其应用



基于层压成形法的新技术及其应用

刊名：塑性と加工（日）

刊期：2015年第2期

作者：安逹充等

编译：郝长文

不使用3D数据造型，而直接成形立体选形物的层压造型法受到广泛关注。介绍砂层压成形法和金属层压成形法的特点及其应用。

砂层压成形法和金属层压成形法的制造工序产品如下。

（1）铺设一定厚度的粉末。

（2）对按照3D数据和分层数据固化的部位进行局部加热，使其发生化学反应，粉末固化。

（3）造型工作台下降，重复进行。

（4）清除未固化的粉末，取出制品或中间制品。如此利用砂层压成形法制造出浇铸金属熔液的铸型，利用金属层压成形法制造出最终形状的金属制品。

重点介绍4种层压造型法：利用砂层压成形装置进行的激光烧结层压成形工艺和喷射层压成形工艺；利用金属层压成形装置进行的电子束层压成形工艺和激光层压成形工艺。

电子束层压成形法。使用瑞典Arcam公司制造的A2型金属层压成形装置。使用直径约65μm的钛合金粉末和钴合金粉末。层压成形装置的成形室（腔）内保持真空状态，重复操作下列工序，成形最终制品。

（1）铺设一定厚度粉末；

（2）粉末预热；

（3）按照3D数据和分层数据进行局部熔化；

（4）造型工作台降下。

粉末的熔化工序如下。

（1）向2500℃热丝放射的电子通过阳极被加速到1/2光速。

（2）被加速的电子利用聚集线圈将焦点对准粉末。

（3）电子运动能被转换为热能，使粉末熔化。

粉末预热（温度约973～1173K）的目的是抑制粉末飞散，为顺利熔化操作，实施假烧结，使薄壁制品变形较小。制品造型的尺寸约为200×200×380mm，一次层压厚度0.05～0.2mm。造型速度平均30～60s时为0.05mm。

层压工序结束后，使用同种粉末喷射未熔解粉末，取出熔化后固化的制品。介绍了电子束层压成形制品的抗拉强度、金相组织等。

研究得出以下结论。

（1）使用层压砂壁能够减少必要的砂型数量，并可在短时间内制作复杂的砂型，使制造工时大幅减少，并可制作高精度铸件。

（2）利用金属层压成形法工艺的制品能适当选择制造条件，制品内部品质优良。例如，即使在不进行热处理的状态下，其抗拉特性也优于之前的方法。

（3）层压成形制品是不用加工就可使用的产品。利用电子束层压成形法的钛合金制品，经过热处理会使伸长率大幅降低，表面粗糙度大幅改善。利用激光层压成形法制作的Al-10Si-Mg合金制品，热处理后强度降低。因此，不一定要进行热处理。

（4）应用金属层压成形法不仅需考虑制品形状、成本，而且需考虑所要制品的力学性能等。将其与其它工艺方法进行比较，综合研究后做出选择。