金属浆料喷射3D打印成形微小复杂三维结构关键技术及机理

发布时间：2020-06-22 12:56

【摘要】：金属3D打印技术目前在航空和医疗等高端领域得到了广泛应用,而在民用消费领域,3D打印技术能以其省材、可成形复杂结构及个性化制造的特点,也为制造高附加值的创新性产品提供了技术手段。在珠宝首饰行业急需3D打印先进制造技术来提升产品创新能力和附加值,不断满足消费者的个性化需求的背景下,而激光及电子束打印面临存在成形性能缺陷、成本昂贵及可打印材料限制的突出问题,金属浆料喷射3D打印成形技术提供了珠宝首饰高性价比的先进制造创新思路。为了生产具有更复杂结构,优异的物理和化学性能的金属或合金组分,必须探讨和优化金属浆料喷射3D打印的关键技术及工艺控制机理。本课题以铜浆料为研究对象,运用实验研究与理论分析相结合的方法,研究了金属浆料喷射3D打印成形微小型金属三维结构所涉及的材料制备、成形性能控制和脱脂烧结工艺等过程中的关键科学技术问题,重点研究了打印参数对三维结构成形的影响规律以及脱脂动力学及烧结工艺优化等问题。本研究首先通过设计不同层高、回缩值和挤出量参数下的打印试验,表征浆料的黏度,单层高度、回缩距离和挤出量对成形性能的影响,揭示了金属浆料喷射3D打印成形影响因素及控制机理;然后分析了铜浆料热脱脂传质途径,引入扩散系数,阐明了铜浆料脱脂动力学问题,计算出了脱脂化学反应对应的活化能和指前因子。最后,基于成形控制分析与脱脂机理的研究,设计了不同热参数下的烧结试验,通过表征密度、硬度、孔隙率和微观形貌等性能,揭示了铜浆料样品烧结工艺与成形性能控制规律。综合金属浆料喷射3D打印成形影响因素及控制分析、金属浆料喷射3D打印样品传质机制及动力学问题研究与铜浆料样品烧结工艺与成形性能的探讨,为金属浆料喷射3D打印成形微小复杂三维结构奠定了理论与技术基础。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.73;TS934.3
【图文】：

同轴送粉,结构示意图,打印技术,金属粉末

使用的材料还不到传统模式的一半，打印技术作为整个 3D 打印技术领域中最前沿重要发展方向。根据金属粉末的添加模式，可① 利用激光熔化预先铺置好的金属粉末，此及科研院所广泛运用，包括使用激光照射喷同步运行的激光工程化净成形(Laser Enginee此方法目前在国内应用较为广泛；② 激光选区熔术［10］；③ 电子束熔化(Electron Beam Melting，预先铺置好的金属粉末，此方法与第一种技术源不同。④ 金属浆料喷射 3D 打印技术（Meta是一项低成本新型技术，本研究主要针对该技净成形技术( LENS)

钛合金构件

图 1-2 LENS 成形的钛合金构件Fig. 1-2 Titanium alloy parts formed by LENS子束熔化技术(EBM).2.1 电子束熔化技术原理对磁偏转线圈的操控来使金属材料成形,而通过凝聚的高能量电熔化热源来对材料粉末进行熔融的金属材料快速成形技术，称为子束的工作环境为真空环境，通过这样的环境来防止材料金属粉结过程中氧化[20]。由于这种利用电子束作为熔化热源的技术拥,美国国家航空航天局的研究中心、清华大学的相关研究机构、A心、以及美国麻省理工学院，都先后研制出了自己的 EBM 制造系Arcam 公司研制的制造系统与激光选区烧结技术类似,都是通过高子束来对在工作平台上的材料金属粉末进行熔融烧结；美国麻省空航天局研究中心所研究出的 EBM 制造系统，在其设备的工作

【参考文献】