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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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UV胶基粘结剂3DP法三维打印制备金属件的研究

杨建明  陈劲松  陈现伦  张迪涅  
【摘要】:相对于选择性激光熔化/烧结、电子束熔融等采用高能量源的金属3D打印技术,3DP法三维打印技术具有低能耗、低成本等优点,因而逐渐活跃在金属3D打印领域。本文利用DOGO 580A型3DP法金属粉末三维打印机,粒度为15-48μm的316L不锈钢粉,以UV胶为主要成分、添加适量增流剂和保湿剂等配制而成的光固化粘结剂,采用3DP法三维打印技术制备了矩形截面拉伸试样,研究打印坯烧结温度对所得试样的影响。试验经历铺粉—喷胶打印—光固化—成型槽下降、供粉槽上升—铺粉的不断循环过程完成坯件的打印,再经过热固化—取坯去粉—脱粘—烧结的过程获得最终试样。其中热固化、脱粘和烧结处理时的加热温度根据粘结剂的热重-差示扫描量热分析结果进行选取。对所得试样进行尺寸测量并计算收缩率,采用阿基米德排水法测定密度,采用维氏硬度仪测定硬度,采用电子万能试验机测定抗拉强度,采用扫描电镜观察拉伸断口形貌,采用碳硫分析仪检测碳含量。试验结果表明,随着烧结温度的增加,试样长度、宽度和厚度收缩率都逐渐增大,该收缩由粘结剂分解挥发留下的孔隙及粉末颗粒间存在的孔隙在烧结过程中变小或消失而造成;同一烧结温度下厚度收缩最大,可能是烧结过程中重力的作用造成的。随着烧结温度的增加,试样的密度、维氏硬度与抗拉强度都逐渐升高,烧结到最高的1375℃而得到的试样,密度和抗拉强度仍明显小于、维氏硬度则高于该不锈钢材料本身的相应数值。试样拉伸断口形貌表明,随着烧结温度的增加,粉末颗粒间的冶金结合增强,在孔隙率降低、收缩增大的同时,形成了显微结构更为致密的烧结体,因而密度与力学性能均有提高。碳含量检测结果表明,随着烧结温度的增加,试样中的碳含量逐渐减少,但都高于成形粉末中的碳含量。这是因为脱粘过程中没有完全分解挥发的粘结剂在烧结时进一步被去除,烧结温度越高,去除越彻底,但粘结剂分解出来的碳元素没有完全挥发,仍有微量残留。由于试样内部并未达到完全致密以及碳含量的增加,使得试样的密度和力学性能相比于不锈钢材料本身呈现出上述结果。目前3DP法三维打印技术制备的金属制件可应用于力学性能要求不高的领域。

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