金属机械器件三维打印自由成形技术

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：图3-111 在Fab＠Home上三维打印自由成形不锈钢器件随后，将生坯件在室温下放置约24h或置于约80℃的烘箱中30min，以便排除水分使生坯件干燥，再将其置于充有94％氩气和6％氢气的加热炉中，首先在550℃下保持1h，烧除生坯件中的粘结剂，然后在1350～1400℃下烧结1h，再冷却至室温得到所需的不锈钢器件。

1.金属机械器件的DoD型三维打印自由成形

美国康奈尔大学在其研制的Fab＠Home PAM微注射器式自由成形系统上，用DoD型三维打印自由成形成功地制作了不锈钢器件（见图3-111）^［11]，他们所采用的原材料的组成如下：45％～55％（体积分数）的17-4PH不锈钢粉材（平均粒径为12μm）、多聚糖、硅酸盐、硼酸盐和水，将这些材料置于90℃的高剪切式混合机中混合约30min，所得材料在约85℃下呈液态，冷却后呈粒状。然后，将这种粒状材料注入PAM微注射器式自由成形系统的微注射器中，通过活塞加压排除材料中的气体，再加热注射器，使注入的材料液化并从喷嘴中选择性地射至工作台上，在室温下固化为粘土状，逐步构成器件的各层截面，最终得到不锈钢器件的三维生坯件。

图3-111 在Fab＠Home上三维打印自由成形不锈钢器件

随后，将生坯件在室温下放置约24h或置于约80℃的烘箱中30min，以便排除水分使生坯件干燥，再将其置于充有94％氩气和6％氢气的加热炉中，首先在550℃下保持1h，烧除生坯件中的粘结剂，然后在1350～1400℃下烧结1h，再冷却至室温得到所需的不锈钢器件。用上述工艺成形不锈钢器件的密度可达90％的理论密度，抗拉强度可达纯不锈钢的35％，喷印并烧结后的总线收缩率为18％。

2.金属机械器件的DoP型三维打印自由成形^［62，63]

（1）向粉层喷射粘结剂的三维打印（“Binder on powder”3D-printing）

采用这种工艺时，由喷头向铺设在三维打印自由成形机工作台上的金属粉层喷射粘结剂，构成所需器件的生坯件，然后将生坯件置于加热炉中烧除粘结剂，并烧结金属粉，构成有一定孔隙的金属器件（见图3-112），再渗铜锡合金（含90％铜与10％锡）使器件达到全密度。