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基于金属3D打印技术成形嵌套零件工艺研究(二)

        根据金属微喷熔滴沉积的工艺特点,系统必须对具有悬垂嵌套结构特征零件三维CAD 模型做支撑处理,否则在分层制造过程中,当上层截面大于下层截面时,上层截面的多出部分将会出现悬空,从而使截面部分发生塌陷或变形,影响成形零件的成形精度,甚至不能成形.零件在分层成形过程中,先成形第一层,第二层成形过程中出现空腔,在空腔中用支撑材料成形,零件部分用金属熔滴沉积成形,直至成形完成,成形后去除支撑材料,取出工件,工艺过程完成,如图1(b)所示.开发的金属喷射熔滴沉积成形试验装置如图2所示,金属材料通过熔炼装置熔化后,由喷嘴喷出,在脉冲压力作用下形成均匀熔滴,沉积在3D 位移平台上.为防止氧化,整个沉积过程全部置于充满氩气的手套箱密封环境中,通过手套箱侧面的航空插头将各路控制信号输入相对应的子系统实现控制。
图2 金属微喷熔滴沉积成型试验装置

2 金属微喷熔滴沉积工艺支撑材料成形性能测试
2.1 支撑材料成分配比和挤出性能
        石膏型浆料具有适当的流动性,其热分解起始温度在1 300 ℃ 左右,多被用作浇注金属的模具,主要原因是石膏具有很好的复印性、易剥离性,并且成形零件的尺寸精度和表面质量较好.当
成形零件尺寸<25 mm 时,尺寸偏差为±0.12 mm,这些技术指标能部分满足金属熔滴沉积成形支撑的技术要求,使用石膏作为支撑的另一个主要原因是其成本很低,适于大规模应用.经前期大量试验表明,石膏浆料易沉淀,即在金属熔滴沉积成形前浆料易在喷头内沉积造成喷头堵塞.为解决这一问题,采用光固化树脂与石膏按照一定比例混合制成的浆料,该混合浆料中还添加有陶瓷粉、细砂子等辅助材料.各组分配比及成形挤出性能见表1。

        从表1 可以看出:石膏加水后迅速沉积,加水会延长沉积时间,但降低了成形强度;将石膏、陶瓷及砂子通过UV 树脂拌成浆料后,挤出性能较好,在金属熔滴沉积成形时具有好的表面保持性,成形强度足够.方案3、4、5 均可行.方案6 石膏、砂子和水成形强度很高,但沉积速度快,难挤出。
表1 支撑材料成分分配比与挤出性能
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