粉末床
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-26
粉末床的實例教程
對于經典且仍然廣泛采用的激光燒結工藝，聚合物技術從金屬粉末床熔合領域在工業化方面的努力中獲益匪淺 - 以及金屬技術突然超越聚合物打印機的領域。這些努力已經產生了新的和越來越普遍的聚合物粉末床融合硬件，其具有自動化粉末處理和拆包，可拆卸構建模塊以在冷卻循環期間更長的正常運行時間，并且更加強調高溫打印能力以擴展材料選擇。
包括中國在內的亞太地區的綜合地理區域將挑戰北美和歐洲地區對粉末床融合3D打印機的投資，預計2019年將比其他任何地區在粉末床融合系統上花費更多。
來源：南極熊3D打印
他們本次帶來了國產高精度粉末床電子束3D打印設備，使用自行研制的最小束斑直徑≤50μm的高精度電子束，實現重大突破。
粉末床電子束3D打印技術是當前金屬3D打印技術的前沿熱點，它的原理是利用高能電子束，在真空保護下高速掃描加熱預置的金屬粉末，通過逐層熔化疊加，成形多孔、致密或多孔-致密復合結構的三維零件。該技術具有能量利用率高、掃描速度快、成形效率高、真空潔凈、打印后零件無需線切割等優點，特別適合高熔點、活性、脆性難加工金屬材料復雜精密構件的高質量成形，在航空航天和生物醫療等領域具有廣闊的應用前景。尤其在生物醫療人工植入件制造方面，粉末床電子束3D打印技術是國際上最早，也是當前主要獲準批量打印三類醫用植入金屬材料的3D打印技術，據報道目前已有幾十萬例采用該技術打印的鈦合金髖關節成功植入了人體。
相對于光斑≤50μm的粉末床激光3D打印設備，目前粉末床電子束3D打印設備廠商開發的電子的束斑直徑均在100μm以上，加上采用43~106μm相對較粗的粉末，打印零件表面相對粗糙，大大影響了該技術在高精密復雜零件中的廣泛應用。提高電子束的聚焦精度，降低束斑直徑一直都是粉末床電子束3D打印設備廠商突破的核心關鍵技術。
△Sailong G型高精度粉末床電子束3D打印機
近來專業從事粉末床電子束3D打印技術與裝備研發和產業化的賽隆金屬通過優化電子光學系統和高壓逆變電源，研制出了最小束斑直徑≤50μm的高精度電子束，在此基礎上成功推出了Sailong G型高精度粉末床電子束3D打印機，能量密度提高了10倍以上，具有“跳轉快、定位準、運行穩”等優點，非常適合復雜精密結構件的快速成形，大大拓展了該技術的應用。
展開 他們本次帶來了國產高精度粉末床電子束3D打印設備，使用自行研制的最小束斑直徑≤50μm的高精度電子束，實現重大突破。
粉末床電子束3D打印技術是當前金屬3D打印技術的前沿熱點，它的原理是利用高能電子束，在真空保護下高速掃描加熱預置的金屬粉末，通過逐層熔化疊加，成形多孔、致密或多孔-致密復合結構的三維零件。該技術具有能量利用率高、掃描速度快、成形效率高、真空潔凈、打印后零件無需線切割等優點，特別適合高熔點、活性、脆性難加工金屬材料復雜精密構件的高質量成形，在航空航天和生物醫療等領域具有廣闊的應用前景。尤其在生物醫療人工植入件制造方面，粉末床電子束3D打印技術是國際上最早，也是當前主要獲準批量打印三類醫用植入金屬材料的3D打印技術，據報道目前已有幾十萬例采用該技術打印的鈦合金髖關節成功植入了人體。
相對于光斑≤50μm的粉末床激光3D打印設備，目前粉末床電子束3D打印設備廠商開發的電子的束斑直徑均在100μm以上，加上采用43~106μm相對較粗的粉末，打印零件表面相對粗糙，大大影響了該技術在高精密復雜零件中的廣泛應用。提高電子束的聚焦精度，降低束斑直徑一直都是粉末床電子束3D打印設備廠商突破的核心關鍵技術。
△Sailong G型高精度粉末床電子束3D打印機
近來專業從事粉末床電子束3D打印技術與裝備研發和產業化的賽隆金屬通過優化電子光學系統和高壓逆變電源，研制出了最小束斑直徑≤50μm的高精度電子束，在此基礎上成功推出了Sailong G型高精度粉末床電子束3D打印機，能量密度提高了10倍以上，具有“跳轉快、定位準、運行穩”等優點，非常適合復雜精密結構件的快速成形，大大拓展了該技術的應用。
展開 腕表制造商Uniform Wares 推出了一款帶有金屬3D打印表鏈的腕表，表鏈是由鈦合金粉末材料制造的，包含一個獨特的表扣。表鏈的設計利用了粉末床激光熔融這一3D打印技術制造復雜性結構方面的優勢，由4,000多個鏈環組成，這些鏈環相互連接，形成堅固輕巧的結構。
圖片來源：Uniform Wares
復雜設計使表鏈保持足夠柔韌性
與傳統的網狀帶不同，金屬3D打印表鏈中每個鏈節是不對稱的，表鏈的每一側都具有不同的彎曲半徑，佩戴起來更加輕松，同時表鏈能夠能夠保持足夠的柔韌性。
表鏈還采用了一種新型的方向扣設計，其微型“牙齒”被整合到表扣內部，與表鏈本身的編織相互聯系。3D科學谷了解到這種設計方式只能通過金屬3D打印技術才能夠實現，傳統方法在制造此類結構時需要用到焊接。
圖片來源：Uniform Wares
表鏈是由Uniform Wares 和增材制造設計企業Betatype 合作進行的，制造設備為雷尼紹AM250 粉末床激光熔融設備。
Betatype 在設計和制造時采用的思路是使用盡可能少的材料實現表鏈的功能，經過手工整理后，最后的表帶非常堅固，但是重量比傳統制造的米蘭網眼表鏈輕得多，重量只有10.5克（0.37盎司）。
3D科學谷Review
粉末床熔融3D打印技術為設計提供了自由度， 有了這種自由，產品性能的潛力就超出了我們之前所知的水平。不過，通過3D打印技術去進行產品設計創新并非易事，這需要企業培養增材制造設計思維，培養基于3D打印技術的創造能力。
雖然相比已經得到大規模應用的傳統制造技術來說3D打印并不成熟，但是這一技術已具備生產零部件的能力。
展開 設計與制造點陣結構存在著很高的技術壁壘，這是由于的設計文件非常龐大、復雜，巨大的文件為建模和文件準備帶來了困難，也給制造帶來了很大挑戰，尤其是像Thales Alenia Space公司使用的鈦合金材料，將表現出顯著的殘余應力，點陣的微小結構將因殘余應力而產生熱變形，如果粉末床打印設備中的鋪粉粉刷的材質過于剛性，則易將剛剛構建好的結構進一步破壞掉。
衛星輕量化和點陣結構的應用領域，我國毫不遜色。例如中國空間技術研究院（北京空間飛行器總體設計部/501部），在3D打印方面已經擁有多年的經驗，形成了面向增材制造技術的設計方法，結合設計及增材制造技術的特點，進行全新的衛星設計。
來源：3D科學谷
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粉末床的最新內容
FLOW-3D AM 軟件基于離散元方法（DEM）和計算流體動力學（CFD）為各種增材制造過程提供建模平臺，包括激光粉末床熔融（LPBF）、定向能量沉積（DED）、黏結劑噴射（BJ）以及金屬熔融沉積建模（FDM）等。
FLOW-3D AM 的自由液面跟蹤算法和多物理場建模功能可高精度模擬鋪粉、熔池動力學、孔隙形成、滲透和擴散，分析和優化工藝參數。
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圖片集錦
此外，其增材制造模塊集成了點陣結構建模、參數化控制、結構/流體性能驗證，以及金屬粉末床熔融、粘結劑燒結等工藝仿真，能在打印前預測變形與缺陷。
Inspire 還支持多物理場集成仿真（結構、剛柔耦合、流體散熱、閥門流量控制等）與多種工藝仿真（鑄造、沖壓、注塑、擠壓、發泡等），并可通過 Python 腳本實現全流程自動化建模、求解與報告生成。
此外，其增材制造模塊集成了點陣結構建模、參數化控制、結構/流體性能驗證，以及金屬粉末床熔融、粘結劑燒結等工藝仿真，能在打印前預測變形與缺陷。
Inspire 還支持多物理場集成仿真（結構、剛柔耦合、流體散熱、閥門流量控制等）與多種工藝仿真（鑄造、沖壓、注塑、擠壓、發泡等），并可通過 Python 腳本實現全流程自動化建模、求解與報告生成。
其核心原理是通過噴頭將粘結劑液滴精準噴射到金屬粉末床中，逐層粘接粉末并最終燒結成型。然而，這一過程中，粘結劑在粉末床中的滲透行為直接決定了零件的致密度、表面精度和力學性能。
近期，河北工業大學聯合海克斯康工業軟件技術團隊在金屬BJ工藝的相關研究中取得突破。通過Cradle CFD構建滲透模型，揭示了溫度對粘結劑滲透的雙重作用機制，并通過實驗驗證了仿真結果的可靠性。
FLOW-3D中國總經理蘇嘉宏先生與用戶代表交流
中交上海航道勘察設計研究院有限公司侯仲荃先生，以《潛堤局部沖刷模擬及防護設計研究》為題作報告
日本東北大學、西北工業大學材料學院趙宇凡教授，以《激光粉末床熔融光場模式調控下的熔凝條件與氣孔動態行為研究》為題作報告
三峽大學王繼保副教授，以
其中激光束進行金屬粉末床熔融的工藝應用最為廣泛，由該工藝制造的零部件普遍兼具高設計自由度、高靈活性、優異機械性能等特點。對于汽車行業，由于行業本身對成本、質量及交付時間的嚴格要求，激光束粉末床熔融技術的應用面臨著更高的挑戰，所以目前應用目標主要集中在高價、小批量生產的車輛或運動型跑車。
[首次發表于《金屬增材制造》第6卷第3期，2021]
圖1 自2016年發布以來，Simufact Additive一直是金屬粉末床熔融（PBF）工藝模擬的一流解決方案提供商。
Simufact.Additive 側重于粉床熔融工藝仿真分析，其中包括選擇性激光熔融（SLM）、直接金屬激光燒結（DMLS）、LaserCUSING?、等效模擬EBM（考慮真空環境和基板預熱）、多種金屬粉末床熔融（PBF）等。
[4] 魏青松,宋波,文世峰,等.金屬粉末床激光增材制造技術[M].北京:化學工業出版社,2021.
[5] 張國棟,許喬郅,鄭濤,等.航空裝備電子束增材制造技術發展及路線圖[J].航空材料學報,2023,43:28-38.
