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基于金属3D打印技术成形嵌套零件工艺研究(三)

2.2 支撑材料稳定性能测试
        方案3、4、5 通过金属熔滴喷射沉积试验,放置12 h 后,根据不同方案的结果对比,方案3 和方案4 有存在部分变形,方案5 加入砂子后对支撑材料的变形具有抑制作用,成形特征尺寸保持性显著提高,具体变化尺寸如表2 所示。

表2 不同工艺下样本方案参数变化

2.3 支撑材料成丝性能测定
        在气压0.8 MPa 的条件下,选取直径为2 mm的喷嘴进行挤压成形,同时调整喷头的移动速度,测试此条件下成形出丝材的成形性能情况.当喷头运动速度>30 mm/ s 时,容易出现拉断现象,如图3(a)所示;喷头运动速度<25 mm/ s 时,容易出现丝堆积现象,如图3(b) 所示;当速度控制在25~30 mm/ s时,成丝效果较好,如图3(c)所示。

图3 喷头运动速度对支撑材料成型性能影响
 
3 “双喷头”成形工艺对制件表面精度及内部质量的影响
        金属微喷熔滴沉积技术在成形零件过程中,直接依靠沉积熔滴自身的热量与沉积基体在结合界面处发生局部重熔,实现熔滴间的冶金结合,可有效减少类似激光等高能量源成形时熔池对成形
制件性能的影响;同时,由于沉积熔滴直径较小,其冷却与凝固速度较快,使得成形零件的组织较为细小均匀,可有效提高成形制件的力学性能.通过添加支撑材料,采用“双喷头”结构可以成形具有一定内部特征(嵌套/ 悬垂)的零件.因此,该技术是一种极具发展潜力的金属3D 打印成型新技术,对其进行深入系统的研究,将具有重大的学术价值和广阔的应用前景。

3.1 成形表面精度影响
        根据金属微喷熔滴沉积的工艺特点,系统必须对空腔或悬空结构的空腔零件三维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,如图4(a)所示的金属材料成形的制件,需要在零件底部添加支撑,使金属材料和支撑材料分层沉积.可以看出,与支撑材料的接触表面比金属熔滴成形的自由表面,其表面精度有很大提高,如图4(b)、4(c)所示.
图4 金属材料和支撑材料分层沉积成型表面

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