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金屬3D打印中熱源與材料對3D打印成品質(zhì)量的影響

雖然實現(xiàn)3D打印的技術(shù)方法有多種，但加工機理基本一致，即材料在高能熱源作用下快速融化，由于作用時間極短，熔融的金屬在基體的冷卻作用下發(fā)生快速凝固，從而實現(xiàn)在特定的掃描區(qū)域成型。3D打印金屬制品的性能由熱源量屬性、材料

特性及工藝參數(shù)所決定，而熱源類型及送粉方式是區(qū)分各種3D打印技術(shù)的最根本因素。

1、熱源 

在金屬增材制造領(lǐng)域，應(yīng)用最為成熟的熱源是激光和高能電子束。電子束與激光的工作原理不同，電子束的加熱方式是高能電子穿過靶材的表面進(jìn)入到距表面一定深度后，再傳給靶材原子能量，從而使靶材原子的振動加劇，把電子的動能轉(zhuǎn)換為
熱能；激光的加熱方式則為靶材表面吸收光子能量，激光并未穿過靶材表面。材料制造加工過程中，熱源的功率及掃描速度一般是恒定的，即作用于材料的能量密度是恒定的， 熱源作用效果由材料對熱源的吸收性能直接決定。材料對熱源能量的吸收由兩者的作用機理、材料表面狀態(tài)等因素所決定。對于最常用的激光熱源， 激光光能的吸收與波長、被照材料的反射率以及能量密度相關(guān)，在成型過程中，材料的表面狀態(tài)、 尺寸等因素對激光都有明顯的制約作用。電子束由于其作用機理的不同，在增材制造過程中表現(xiàn)出較激光更加良好的適配性。 

2、材料

粉末材料是目前最為常用的金屬類增材制造用材料。金屬粉末作為金屬制件增材制造產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的一環(huán)， 也是最大的價值所在。金屬粉體材料一般用于粉末冶金工業(yè)， 粉末冶金成型是將粉末預(yù)成型后利用高壓高溫條件進(jìn)行最終的定型，整個過程中，材料發(fā)生的物理冶金變化相對緩慢，材料有比較充分的時間進(jìn)行融合、 擴散、反應(yīng)。由于受粉末冶金加工時溫度及壓力的限制， 為了保證工件的致密性，要求使用的粉體材料盡可能地將成型腔體填充完全。針對粉末冶金工藝的技術(shù)特點，已經(jīng)發(fā)展出了一套比較完善的粉末評價方法及標(biāo)準(zhǔn)， 有相對比較完善的指標(biāo)可用來恒量粉體材料的性能，如粒徑、比表面積、粒度分布、粉體密度、流速、松裝密度、孔隙率等。對于粉末冶金而言， 粉末的流動性、振實密度等指標(biāo)是衡量粉末冶金用粉末材料的重要指標(biāo)。