增材制造常用材料

增材制造常用材料

金属材料

金属材料是较早应用于增材制造的材料类别之一，主要包括钛合金、铝合金、不锈钢、镍基合金等。这些材料具有高强度、硬度和良好的耐腐蚀性，非常适合于航空航天、医疗器械和汽车等领域25。

钛合金

高分子材料

高分子材料，尤其是塑料，是增材制造中应用非常广泛的另一类材料。它们包括ABS、PC、PA、PS、PLA、PVA、PETG、TPU和PEEK等，具有良好的韧性、耐磨性和耐高温性，适用于多种增材制造技术，如熔融沉积成形（FDM）、选择性激光烧结（SLS）和立体光固化（SLA）。

陶瓷材料

陶瓷材料在增材制造中应用的也不少，如氧化铝、氮化硅、碳化硅等，它们具有高硬度、耐磨性和耐高温性，适用于航空航天和医疗器械等领域。陶瓷增材制造技术包括粘合剂喷射技术（BJT）和粉末床熔合技术（SLS、SLM）。

新型材料

随着增材制造技术的发展，新型材料如液态光敏树脂、复合材料、导电墨水材料和生物医学材料等也开始被开发和使用。这些材料提供了更丰富的性能和应用可能性，如液态光敏树脂适用于高精度零件的打印，而生物医学材料则用于生物支架和细胞打印等35。

增材制造材料选择技巧

选择合适的增材制造材料需要考虑多个因素，包括物理性质（如密度、硬度、弹性模量等）、化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性、生物相容性）、加工性能（如流动性和表面粗糙度）、以及成本和环保性4。

增材炉的工作原理

增材炉在增材制造过程中起着至关重要的作用，它通过加热、熔化、固化材料或对材料进行热处理，使材料在适宜的温度下熔化、烧结或固化，从而形成精确的三维实体物品。增材炉的加热方式可以是感应加热、激光加热或电子束加热，温度控制系统则负责精确控制炉内温度，以保证材料性能符合要求。

增材炉

增材炉的分类与应用

增材炉根据其应用场景和功能可以分为多种类型，如熔化炉、烧结炉、固化炉等。这些炉子在增材制造的不同阶段发挥作用，如熔化炉在激光选区熔化（SLM）或电子束熔化（EBM）等技术中熔化金属粉末，而固化炉则在光固化（SLA）或数字光合成（DLP）等技术中用于固化树脂材料。

增材炉的工作机制

增材炉的工作机制主要依赖于精确控制温度，确保材料在适宜的温度下熔化、烧结或固化。典型的加热方式包括：

感应加热：通过电磁感应产生热量，使炉内材料加热熔化。

激光加热：激光束聚焦能量于材料表面，使材料熔化形成熔池。

电子束加热：电子束在材料表面产生的热效应使材料熔化，适用于高熔点的材料。

增材炉的关键技术参数

增材炉的关键技术参数包括：

加热方式：电阻加热、感应加热、激光加热、电子束加热等。

温度控制：精确控制炉内温度，保证材料性能。

气氛环境：根据需要的气氛（如氮气、氩气等）进行调节，以适应不同的材料特性和热处理要求。

清洁与维护：定期清洁炉膛，检查和维护加热系统和温度传感器，确保炉子的正常运行和延长使用寿命。

实例分析

以金属增材制造为例，在使用增材炉进行热处理时，可能需要考虑的因素包括：

材料种类：不同种类的金属材料可能需要不同的热处理温度和时间。

热处理目的：如去应力退火、淬火、回火等，这些过程对温度、时间和气氛的要求各不相同。

炉型选择：不同的炉型可能适用于不同规模和要求的增材制造过程。

自动化控制：现代增材炉可能具备自动化控制系统，可以更加精准地控制加热和冷却过程，从而提高生产效率和产品质量。

结论

增材制造技术的发展离不开各种材料的支撑，而增材炉作为增材制造过程中的核心设备，其正确使用和维护对于保障产品质量和提高生产效率至关重要。用户在操作增材炉时，应充分理解不同材料的特点和工艺要求，以及炉子的性能和特点，遵循正确的操作程序和注意事项，以获取最佳的增材制造效果。

不含粘结剂的系统 在不用粘结剂进行增材制造时，通常用粉基激光熔化工艺在打印平台上加工部件。 与此同时，市场 上也出现了其他制造工艺，他们在加工过程结束后同样需要相应的热处理。

铝制部件通常在150 ℃和450 ℃之间的温度下在空气中对铝进行热处理。 由于具有很好的温度均匀性，故空气循环箱式炉适用于回火、人工时效、去应力退火或预热。 

不锈钢或钛制部件

某些不锈钢或钛的热处理经常在保护气体气氛下并在低于850 ℃的温度下完成。 通过使用带有相应的工艺气体供应装置的供气盒可以将标准窑炉装备成一个保护气体炉。视工艺气体 的性质、预冲刷速率、工艺冲刷速率和供气盒的状态，剩余氧气含量最高可达100 ppm。 内装有供气盒的下述空气循环箱式炉的工作温度范围在 150 ℃和 850 ℃之间。如果从窑炉中取出供气盒，同样可以将铝制或钢制部件置于空气中进行热处理。

对于敏感性物质如钛，因供气盒中存在剩余氧气含量而可能导致部件氧化。 此情形下，可以使用最高温度达900 ℃ 或 1100 ℃的炉子。

铬镍铁合金或钴铬制部件 铬镍铁合金或钴铬材料的热处理通常在850 ℃以上至最高1100 ℃到1150 ℃的温度下 完成。对于这些工艺，可以使用不同的窑炉系列。在许多情况下，内装有供气盒的 LH .. 或NW .. 制造系列的箱式炉就足够了，它们具有出色的性价比。这两个窑炉系 列都适用于在800 ℃和1100 ℃之间的温度范围

含有粘结剂的系统 在粉末打印工艺中，用有机粘结剂来建造部件，它们在热处理时会蒸发。这些部件的 材质可以是陶瓷、金属、玻璃或沙。根据蒸发量，可以使用带有分级安全系统的窑炉 来进行排胶和烧结。