基于粉床的金属打印速度问题

发表于 2017-4-8 07:39:05 显示全部楼层 0 5374

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打印速度是影响金属打印成本的重要因素之一,也是限制其工业应用的重要原因,本文主要讨论基于粉床(SLM)的金属打印速度的几个因素。

影响金属打印速度的几个因素:刮刀铺送粉速度、扫描速度、填充间距以及分层厚度。金属打印质量的好坏需要激光功率、扫描速度、填充间距以及分层厚度四个参数相互配合,为获得良好的性能,一个参数的改变势必引起另一参数也发生改变,因此对于速度造成的是综合影响。

1.刮刀铺送粉的影响
送粉速度是影响整个打印速度的重要因素,为了保持设备的机械稳定性,送粉速度不宜过快,而且过快的速度也会影响铺粉的效果。为了减小铺送粉带来的影响,有的金属机采用了双向送粉的方式,在打印过程中可减少一个行程,将会给打印速度带来明显影响。采用该方式的打印机,往往使用上送粉方式,刮刀处设置一漏斗,每次释放略多于两次的粉末。

2.分层厚度
分层厚度对于打印效率的影响表现在,分层厚度越小,切片越多,刮刀行程越多,从而导致打印速度降低。在忽略其他参数影响的情况下,对比不同分层厚度对于打印效率的影响。

SLM分层厚度一般为0.02mm与0.03mm,鲜有超过这两个厚度的。以下面模型为例进行不同层厚打印的时间预估,该模型高度为22mm。并以0.02mm为基准计算提升效率。

56.jpg

层厚
时间
提升效率
0.02mm
21.8h
0%
0.03mm
15h
31%
0.04mm
11.7h
46%

如上表所示,层厚的改变对打印速度的提升效果明显,实际上,零件越高,这种影响越显著。但分层厚度不能无限度的增加,为了使每一层完全烧结,较大的粉末厚度势必牺牲扫描速度,这对于提高成型效率并没帮助,甚至会造成打印质量的降低并使打印的失败率提高。

3.扫描速度
在激光功率确定的情况下,须配合一定的扫描速度才能打印出性能优异的零件,同时,可能存在不同的参数仍能打印出满足需求的性能,从而出现打印速度不同的问题。在0.02mm分层厚度条件下,忽略搭接率的影响,对上述零件以不同扫描速度进行打印效率预估:

扫描速度  
时间
提升效率
1000mm
21.8h
0%
2000mm
16.8h
22.9%
3000mm
15h
31.2%

目前工业用SLM设备激光器功率通常在200-500w,每层预设粉末厚度10-30μm,因此对于扫描速度的提升具有空间,可以通过工艺的调整提高打印效率。

4.填充间距
填充间距通过影响激光行程影响打印效率,激光功率与扫描速度的配合要求填充间距同时发生改变,因此填充间距对打印效率的影响可通过扫描速度体现。

通过分析得出,在硬件条件固定的情况下,分层厚度是影响打印效率的重要因素,但打印层厚会直接影响零件性能,因此必须根据应用场合的不同做出合适的选择。

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