3D 打印（3D Printing）技術(shù)又名增材制造（Additive Manufacturing, AM），區(qū)別于傳統(tǒng)針對(duì)坯料進(jìn)行切削成型的“減材制造”以及鑄、鍛類的“等材制造”等方法，3D 打印技術(shù)具有產(chǎn)品“從無(wú)到有”體積逐漸增長(zhǎng)、形狀設(shè)計(jì)自由度高、無(wú)需成型模具等顯著特點(diǎn)。

憑借快速成型、無(wú)需模具、產(chǎn)品形狀幾乎沒(méi)有幾何限制等巨大優(yōu)勢(shì)，3D 打印技術(shù)在生物醫(yī)療、模具制造、航空航天等需要定制化、不規(guī)則零件的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，是近年來(lái)興起并蓬勃發(fā)展的代表性先進(jìn)制造技術(shù)之一。

技術(shù)優(yōu)化

Technical Optimization

隨著3D打印技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)復(fù)雜合金的激光熔融沉積和表面重熔機(jī)理研究與應(yīng)用可顯著優(yōu)化3D打印零件的機(jī)械性能。借助高速攝影技術(shù)，科研人員在此過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)打印過(guò)程可視化，實(shí)時(shí)捕捉液態(tài)金屬熔池形貌及激光調(diào)控的表面完整性。

液態(tài)熔池的形成與凝固標(biāo)志著金屬材料形態(tài)及性能的轉(zhuǎn)變，在高能激光束的照射作用下，匯聚于光斑處的球形金屬粉末顆粒迅速熔化形成液態(tài)熔池，而隨著激光束的快速移動(dòng)，熔池將會(huì)迅速凝固并形成打印層。熔池的形成過(guò)程雖然短暫，卻包含豐富的物理化學(xué)規(guī)律，在不同的打印工藝參數(shù)下，零件的機(jī)械性能和表面質(zhì)量也各不相同。

激光在熔化金屬粉床的過(guò)程中，不僅會(huì)制造出一個(gè)主熔池，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)飛濺的液滴以及散逸的高溫等離子體等。從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，區(qū)域內(nèi)被激光加熱到一定溫度的金屬均有可能與活性氣氛中的氣體發(fā)生反應(yīng)，并生成不同的反應(yīng)產(chǎn)物。通過(guò)高速相機(jī)觀測(cè)不同功率、不同速度下飛濺產(chǎn)生、飛濺范圍、飛濺方向的一致性，將直接關(guān)系到激光3D打印的質(zhì)量。

除研究金屬熔池和飛濺等局部現(xiàn)象外，高速相機(jī)亦可在激光3D打印前，對(duì)金屬粉末顆粒的實(shí)時(shí)輸送和混合過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)，并及時(shí)調(diào)整讓金屬粉粒準(zhǔn)確、均勻地匯聚在高能激光束的光斑中心位置，在增材制造研究領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價(jià)值。