燒結(jié)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2016-01-06
燒結(jié)的視頻教程
DELMIA為所有用戶準(zhǔn)備和計算最常用的聚合物3D打印技術(shù)的增材制造流程
1、提供一種提供3D打印方法的解決方案，包括熔絲制造、立體造影、數(shù)字光處理、粘結(jié)劑噴射、多噴嘴融合、選擇性激光燒結(jié)和選擇性光熔化技術(shù)，用于批量生產(chǎn)聚合物零件 2、這使service bureaus、fablabs和批量生產(chǎn)環(huán)境（也稱為大型打印場）等生產(chǎn)設(shè)施能夠通過在打印前驗證操作來準(zhǔn)備和計算增材制造流程 3、它通過使用筒化的用戶界面提供直觀的用戶體驗，該界面定義針對所選打印機類型定制的工作流程
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燒結(jié)的實例教程
2021年7月3日，南極熊從外媒了解到，去年挪威公司Visitech發(fā)布了能夠燒結(jié)塑料粉末的滾動式DLP投影儀的消息，宣布3D打印了尼龍粉末。據(jù)稱，它有可能在粉末床熔融（PBF）的領(lǐng)域中開辟出一種高產(chǎn)量和低成本的新方法。這種新的紅外（IR）PBF技術(shù)被稱為直接圖像紅外燒結(jié)（DIS）。但南極熊更喜歡叫它為“面燒結(jié)”。
紅外面曝光技術(shù)，一次燒結(jié)一層
其實，南極熊認為，這可以說是一臺近紅外投影儀。但現(xiàn)在，Visitech已經(jīng)實現(xiàn)了一些粉末材料的燒結(jié)。長期以來，塑料PBF通常是指選擇性激光燒結(jié)（SLS），激光在粉末床上逐點移動，邊移動邊熔化塑料顆粒。雖然比熔融沉積FDM技術(shù)具有更高的分辨率，但它的速度很慢，還需要后期對表面進行處理。正如基于投影儀的數(shù)字光處理（DLP）在基于激光的立體光刻（SLA）技術(shù)上取得的進展一樣，DIS也將是PBF技術(shù)的巨大進化。
△世界上第一個使用 IR 打印的用于燒結(jié)粉末床融合（DIS）的船模型。圖片由 Visitech 提供
據(jù)Visitech稱，DIS以更高的打印速度、分辨率來改進SLS。一次曝光燒結(jié)融合一整層，DIS就像DLP一樣，以指數(shù)級的方式提高了SLS的3D打印速度。而且Visitech還開發(fā)了一個滾動子系統(tǒng)來堆疊多個光引擎和一個運動平臺，變成滾動投影，將擴大打印的尺寸，并提升生產(chǎn)效率。
△堆疊多個光機來擴大打印尺寸、提升打印速度
Visitech表示，DIS是公司大量研究的結(jié)果，他們在DLP光機方面有20年的經(jīng)驗。為了創(chuàng)造這項技術(shù)，必須克服與電源管理和系統(tǒng)冷卻有關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為了在一次照射曝光中實現(xiàn)全層圖像投影，研發(fā)團隊必須找到一個足夠強大的光源，來高精度熔化粉末。
展開 （圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
碳化硅陶瓷的燒結(jié)過程非常重要，經(jīng)過眾多研究者研究和探索工作，先后發(fā)展了各種燒結(jié)技術(shù)，包括反應(yīng)燒結(jié)、常壓燒結(jié)、重結(jié)晶燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)，以及近二十年來的新型燒結(jié)技術(shù)，如放電等離子燒結(jié)、閃燒、振蕩壓力燒結(jié)技術(shù)等。
熱壓燒結(jié)
美國Norton公司的Alliegro等人研究發(fā)明制備碳化硅陶瓷的熱壓燒結(jié)法。碳化硅粉末填入模具中，升溫加熱過程中保持一定壓力，最終實現(xiàn)成型和燒結(jié)同時完成的燒結(jié)方法。熱壓燒結(jié)的特點是加熱加壓同時進行，在合適的壓力-溫度-時間工藝條件控制下實現(xiàn)碳化硅的燒結(jié)成型。熱壓燒結(jié)法存在的弊端是機器設(shè)備復(fù)雜，模具材料要求高，生產(chǎn)工藝要求嚴，只適合制備簡單形狀的零件，且能源消耗大，生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)成本高。工藝流程如下所示：
碳化硅坯體熱(等靜)壓燒結(jié)工藝流程圖
反應(yīng)燒結(jié)
反應(yīng)燒結(jié)碳化硅最早由P.Popper在上世紀50年代提出，其工藝過程是將碳源和碳化硅粉混合，通過注漿成型，干壓或冷等靜壓成型制備出坯體，然后進行滲硅反應(yīng)，即在真空或惰性氣氛下將坯體加熱至1500℃以上，固態(tài)硅熔融成液態(tài)硅，通過毛細管作用滲入含氣孔的坯體。液態(tài)硅或硅蒸氣與坯體中C之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，原位生成的β-SiC與坯體中原有SiC顆粒結(jié)合，形成反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料。
展開 工藝流程圖如下：
（碳化硅坯體反應(yīng)燒結(jié)工藝流程圖）
反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的優(yōu)勢是燒結(jié)溫度低、生產(chǎn)成本低、材料致密化程度較高，特別是反應(yīng)燒結(jié)過程中幾乎不產(chǎn)生體積收縮，特別適合大尺寸復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的制備。高溫窯具材料、輻射管、熱交換器、脫硫噴嘴等均是反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的典型應(yīng)用。
常壓燒結(jié)
1974年由美國GE公司的S.Prochazka等人研制發(fā)明。常壓燒結(jié)碳化硅是在不施加外部壓力的情況下，即通常在1.01×105Pa壓力和惰性氣氛條件下，通過添加合適的燒結(jié)助劑，在2000～2150℃間，可對不同形狀和尺寸的樣品進行致密化燒結(jié)。碳化硅的常壓燒結(jié)可分固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩種工藝。
（常壓燒結(jié)碳化裝甲）
固相常壓燒結(jié)碳化硅能夠達到較高的致密度3.10～3.15g/cm3，且沒有晶間的玻璃相，擁有出色的高溫力學(xué)性能，其使用溫度能達到1600℃。但是須注意固相燒結(jié)碳化硅的燒結(jié)溫度過高時，可能導(dǎo)致其晶粒過大而降低材料的抗彎強度。
液相常壓燒結(jié)碳化硅的出現(xiàn)進一步拓展了碳化硅陶瓷材料的應(yīng)用范圍。液相燒結(jié)中液相的出現(xiàn)通常通過單個組分的熔化、兩個或多個組分的共晶形成。液相的產(chǎn)生提供了高擴散率路徑從而來提高燒結(jié)速度，所以液相燒結(jié)具有比固態(tài)燒結(jié)溫度低的優(yōu)點，且晶粒尺寸小，殘留在晶間的液相將碳化硅陶瓷的斷裂模式從穿晶斷裂改變?yōu)檠鼐嗔眩瑥亩岣吡瞬牧系目箯潖姸燃皵嗔秧g性。
SiC的常壓燒結(jié)技術(shù)已趨于成熟，其優(yōu)勢在于生產(chǎn)成本較低，對產(chǎn)品的形狀尺寸沒有限制，特別是固相燒結(jié)SiC陶瓷的致密度高，顯微結(jié)構(gòu)均勻，材料綜合性能優(yōu)異。
展開 BJB技術(shù)是在常規(guī)BJ技術(shù)基礎(chǔ)上進行的創(chuàng)新，其核心技術(shù)是將全新的金屬“生坯”低溫釬焊燒結(jié)（Brazing）技術(shù)融入到常規(guī)BJ工藝的后處理燒結(jié)過程中。
BJB技術(shù)流程：
1. 金屬粉末通過水性粘結(jié)劑噴射3D打印成生坯；
2. 生坯經(jīng)烘干及低溫燒結(jié)處理后包裹上特殊的釬焊合金漿料（多種處理方法之一）；
3. 經(jīng)400℃-1200℃低溫釬焊滲透燒結(jié)（不同的金屬可以選擇不同的釬焊合金；釬焊溫度比常規(guī)燒結(jié)溫度低200℃-300℃），熔化的釬料合金滲透填滿生坯骨架縫隙，即可獲得致密的幾乎沒有收縮和非對稱變形的金屬部件。
例如，316L不銹鋼“生坯”，傳統(tǒng)的BJ技術(shù)燒結(jié)溫度為1350℃左右；特種BJB技術(shù)通過選擇合適的釬料合金，可以在1100℃左右通過相對低溫的釬焊滲透燒結(jié)即可獲得致密的幾乎沒有收縮和非對稱變形的316L不銹鋼部件（收縮變形量可以控制在5%以內(nèi)）。BJB技術(shù)通過在一個相對低很多（200多度）的溫度下釬焊燒結(jié)，節(jié)省了大量能源，節(jié)能環(huán)保。
BJB相關(guān)的底層技術(shù)目前已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利授權(quán)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)；該技術(shù)也適用于FDM等其他“間接金屬3D打印技術(shù)”生坯的后處理冶金燒結(jié)，都受到專利的保護。
03
BJB技術(shù)打印和釬焊燒結(jié)的成品
下圖是長沙墨科瑞公司利用BJB技術(shù)打印和釬焊燒結(jié)的一些316L不銹鋼零部件：
△粘結(jié)劑噴射3D打印的生坯
△燒結(jié)后的金屬成品
BJB技術(shù)發(fā)明人李昕說：“要想徹底解決粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)的收縮變形問題，從現(xiàn)有的技術(shù)背景來看，目前很難再找到像BJB技術(shù)這樣具有低成本綠色節(jié)能競爭優(yōu)勢的技術(shù)路徑了。”
展開 這里特別注意的一點是，因為本實驗在填粉過程中是采用讓粉末自然堆積的方式，一旦粉末形狀選擇后，孔隙度就大致決定了，而能再改變最大熱傳量及熱阻的因素就只剩燒結(jié)層厚度及粉末粒徑。由于使用針狀粉末堆積，在計算時與球狀堆積結(jié)果會有不同，但趨勢則大致是相同的。圖5為內(nèi)徑2.4mm、長度200mm、操作溫度60℃水平放置之熱管，燒結(jié)層厚度、粉末粒徑對最大熱傳量及熱阻之理論計算結(jié)果圖。而設(shè)定孔隙度為55%除了根據(jù)熱管文獻指出一般使用燒結(jié)式熱管其孔隙度約在50～60%，本文實際量測結(jié)果也在此值附近。
圖5：wick厚度、粒徑與Qmax及R之關(guān)系
先看燒結(jié)層方面，增加燒結(jié)層厚度有助于最大熱傳量的增加，但也造成熱阻值加大，當(dāng)燒結(jié)層厚度約在0.5mm時有熱傳量的極大值，厚度再增加反而造成蒸汽通道過窄影響熱傳量。粉末粒徑的影響主要在最大熱傳量方面，理論上其與熱阻無關(guān)。由圖中可發(fā)現(xiàn)，粒徑增加有助于熱傳量的提升，當(dāng)燒結(jié)層厚度逐漸增加，粒徑增加對熱傳量的提升效果逐漸縮小；而當(dāng)燒結(jié)層厚度較薄時，粒徑增加幾乎使熱傳量成等比例增加。但實際應(yīng)用上仍有困難，例如使用燒結(jié)層厚度0.3mm、粒徑約100mm的粉末，幾乎已經(jīng)占燒結(jié)層厚度的三分之一，在填粉時隨時都有可能形成架橋（bridging），造成燒結(jié)層間斷的情形。綜合燒結(jié)層厚度與粉末粒徑結(jié)果，顯示燒結(jié)層厚度選擇0.5mm、而粒徑~100mm能有較大的熱傳量。
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燒結(jié)的最新內(nèi)容
陶瓷與碳加工：監(jiān)測高溫燒結(jié)過程中的溫度均勻性。
質(zhì)量控制與研發(fā)：用于生產(chǎn)線的實時熱監(jiān)控及實驗室熱分析。
在現(xiàn)代工業(yè)制造中，尤其是在金屬加工、陶瓷燒結(jié)和半導(dǎo)體生產(chǎn)等領(lǐng)域，對高溫、高速移動目標(biāo)的精確溫度監(jiān)控一直是技術(shù)難點。傳統(tǒng)的長波紅外熱像儀在面對光亮金屬表面時，常因低發(fā)射率導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)失真。德國Optris推出的PI 1M短波紅外熱像儀，憑借其1kHz的極速響應(yīng)能力和針對金屬優(yōu)化的短波技術(shù)，正在重新定義快速工業(yè)過程的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。
加工工藝：生坯與燒結(jié)
制造陶瓷零件主要有兩種方法，選擇正確的方法會影響成本和精度。
1. 生坯加工（燒結(jié)前）
在這種狀態(tài)下，陶瓷粉末被壓制成類似粉筆的稠度。它很軟，容易加工成復(fù)雜的幾何形狀。然而，隨后的燒制（燒結(jié)）過程會導(dǎo)致收縮——通常高達 20%。準(zhǔn)確計算這種收縮率是像一鑫精密這樣經(jīng)驗豐富的制造商的“秘訣”。
2.
粉末注射成型置備料可以透過射出、脫脂與燒結(jié)等程序后，可以做出各種產(chǎn)品。粉末注射成型透過單一的加工制程直接做出復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，適合大量制造，已經(jīng)廣泛使用于各種產(chǎn)業(yè)。
凈水活性炭、氣體/空氣凈化炭、氣體分離炭、黃金提取活性炭、試劑活性炭、觸媒載體活性炭、糖用脫色活性炭、酒類專用活性炭、味精脫色活性炭、針劑活性炭、工業(yè)用活性炭、藥用活性炭、血液凈化活性炭、香煙濾嘴活性炭、汽車專用炭、超級電容活性炭、椰殼炭化料、棕櫚殼炭化料、活性炭布纖、活性炭工藝品等；
活性炭生產(chǎn)設(shè)備
活性炭磨機、活性炭整形機、活性炭球磨機、活性炭磨粉機器、活性炭研磨設(shè)備、活性炭成套設(shè)備、活性炭燒結(jié)機器
如今 SMC 已發(fā)展成一家全球規(guī)模的氣動行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，公司早期設(shè)立的名稱“SMC”(Sintered Metal Company，意為“燒結(jié)金屬公司”)由于已在世界享有多年盛譽而被沿用至今，成為了全球統(tǒng)一的公司名稱。
DPC、DBC、AMB、HTCC基板、LTCC基板、薄膜電路板、厚膜電路板、陶瓷封裝基座、熱沉、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化鈹、莫來石粉體及基板等；
4、金屬材料：銀粉、金粉、銅粉、鎳粉、焊料（焊片、焊膏）、MLCC用內(nèi)/外電極漿料、LTCC銀漿、金漿、鎢鉬漿料、銅漿、靶材、無氧銅帶、可伐合金、金屬沖壓件等；
5、助劑：陶瓷和導(dǎo)電漿料用分散劑、黏合劑、增塑劑、絮凝劑、礦化劑、消泡劑、潤滑劑、燒結(jié)助劑等
此外，其增材制造模塊集成了點陣結(jié)構(gòu)建模、參數(shù)化控制、結(jié)構(gòu)/流體性能驗證，以及金屬粉末床熔融、粘結(jié)劑燒結(jié)等工藝仿真，能在打印前預(yù)測變形與缺陷。
Inspire 還支持多物理場集成仿真（結(jié)構(gòu)、剛?cè)狁詈稀⒘黧w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(fā)泡等），并可通過 Python 腳本實現(xiàn)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(jié)構(gòu)建模、參數(shù)化控制、結(jié)構(gòu)/流體性能驗證，以及金屬粉末床熔融、粘結(jié)劑燒結(jié)等工藝仿真，能在打印前預(yù)測變形與缺陷。
Inspire 還支持多物理場集成仿真（結(jié)構(gòu)、剛?cè)狁詈稀⒘黧w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(fā)泡等），并可通過 Python 腳本實現(xiàn)全流程自動化建模、求解與報告生成。
</p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">2、高速強度挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略</strong></p><p>高性能燒結(jié)釹鐵硼永磁材料雖然磁性能卓越，但其抗拉強度遠低于抗壓強度，高速旋轉(zhuǎn)時巨大的離心力是轉(zhuǎn)子設(shè)計面臨的首要威脅。</p><p>1）.
