- 金属基复合材料的3D打印文献综述
一、摘要
增材制造(AM)别名3D打印，将计算机辅助设计(CAD)虚拟3D模型转化为物理对象。通过CAD、3D扫描或断层扫描数据的数字切片，AM不需要模具或加工就能一层一层地构建对象。AM通过利用数字信息存储和互联网检索，实现了分散制造定制对象的需求。从快速原型到快速制造的持续转变给机械工程师和材料科学家带来了新的挑战。由于聚合物是迄今为止应用最广泛的AM材料，本文就聚合物加工和专门用于AM的高级聚合物体系进行了综述。涵盖的AM技术包括还原光聚合(立体光刻)，粉末床融合(SLS)，材料和粘合剂喷射(喷墨和气溶胶3D打印)，薄片层压(LOM)，挤出(FDM, 3D点胶，3D纤维沉积，3D绘图)，3D生物打印。AM使用的聚合物范围包括热塑性塑料，热固性，弹性体，水凝胶，功能聚合物，聚合物混合物，复合材料和生物系统。选定的应用演示了聚合物基AM如何在轻量化工程、建筑、食品加工、光学、能源技术、牙科、药物输送和个性化药物等领域得到利用。与金属和陶瓷相比，聚合物基复合材料在新兴的先进多功能和多材料系统(包括生物系统和仿生合成系统)中发挥着关键作用。
二、金属基复合材料的3D打印方法简介
2.1激光熔化增材制造
基于激光技术实现高熔点难加工金属、合金及金属基复合材料构件的直接成形，增材制造技术已形成两类典型成形工艺，并表现出两种不同的发展方向：一类是基于喷嘴自动送粉的激光熔化沉积（LMD)技术或激光立体成形(LSF)技术，它利用高能激光熔化同步供给的金属粉末，采用特制的喷嘴在基板上逐层沉积成形构件。LMD沉积层厚度为毫米尺度，制造速度快，适合制造大型构件，这是该技术应用及发展的主要方向。此外，LMD成形件通常需要进行后续精整加工，以达到结构控形及尺寸精度的要求。另一类是基于粉床自动铺粉的选区激光熔化(SLM)技术或激光粉床熔融(LPBF)技术，它利用高能激光熔化处于松散状态的粉末薄层（厚度通常为20-50mu;m），基于粉床逐层精细铺粉、激光逐层熔凝堆积的方式，成形任意复杂形状的高致密度构件[1]。SLM技术成形精度高，对特殊复杂结构（如悬垂结构、薄壁 结构、复杂曲面、空间点阵等）制造的适用程度高，其发展方向是实现中小型复杂构件直接精密净成形。不论是面向大型金属构件的LMD技术，还是面向中小型精密金属构件的SLM技术，均为高性能复杂结构金属构件的低成本、短周期、净成形制造提供了一体化解决方案，在多种领域具有广阔的应用及发展前景。
2.2电子束熔融沉积增材制造
电子束选区熔化(Electron beam selective melting，EBSM)是众多增材制造工艺的一种。类似于激光选区熔化，电子束选区熔化工艺利用电子束在真空室中逐层熔化金属粉末、由CAD模型直接制造金属零件。EBSM技术的成形过程如下：活塞下降一个层厚的距离，在底板或已成形零件的上表面铺一层粉末，然后电子束选择性扫描并熔化截面内的粉末，完成一层的成形；重复以上过程，直到零件分层成形全部完成。相对于激光，电子束能量密度高，材料对电子束能量几乎全部吸收、没有反射，成形件完全致密，无须提高致密度的后处理。由于成形在真空环境下进行，EBSM技术在成形钛合金等对氧敏感的金属材料方面有很大的优势。[4]
在EBSM成形过程中，成形件的上表面形貌和内部微观组织是判断工艺质量的重要指标。理想的成形件上表面应该尽量平整，不平整的上表面形貌会导致以下问题：一是降低成形件的尺寸精度；二是成形件表面的凸起部分不利于铺粉器的移动，容易卡住甚至损坏铺粉器；三是不平整的上表面会导致下一层粉末厚度不均匀，粉末层较厚的区域在 成形中熔化不充分，形成层间孔隙缺陷。EBSM成形件的内部应当高度致密，组织细化，具有快速熔凝特征。[3]
大部分EBSM成形研究利用瑞典Arcam公司的商业化电子束选区熔化设备与工艺。该工艺使用的粉末材料事先经过优化选择，利用恒定功率的电子束对粉末层单遍扫描，得到致密零件。该工艺对粉末材料的要求比较高，对不同粉末材料的适应性不足。在实际研究中发现，对于某些材料，电子束功率恒定、单遍扫描难以找到合适的工艺参数，成形件的表面质量、内部组织不够理想。
2.3其他新型方法
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
