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基于HelixJet等离子体制造工艺的未来3D打印

发布人:3D打印商情

责任编辑:激光制造商情

来源:3D打印商情

2019-09-10 10:15

  虽然目前3D打印采用了许多不同形式,但英国和德国的研究人员正在探索一种新角度——HelixJet,这是一种具有双螺旋电极配置的电容耦合射频等离子体。在最近发表的论文《HelixJet:用于下一代增材制造(3D打印)的创新等离子体源》中,研究人员将激光烧结(LS)与他们通过使用等离子射流进行数字制造的熔化粉末的新方法进行了比较,使用螺旋形状且能够根据材料的角度或“螺旋性”旋转的长丝。

激光烧结聚酰胺球L1。光照(a)通过二次电子的扫描电子显微镜获得的低(b)和高放大率(c)下的表面形态的细节

  “为了提供原理证明,选择HelixJet处理聚酰胺12(PA 12)是因为PA 12广泛用于LS工艺。”研究人员表示。

  PA 12具有合适的机械性能和良好的热性能,在LS工艺中具有高度可重复性,但在效率方面仍然提出了挑战——断裂伸长率、孔隙率导致失效、延展性较低等问题。研究人员从EOS获得以下研究:

  ·PA2201(1)

  ·PA2200(2)

  ·PA2221(3)

  “这些粉末之间的主要区别在于加工性和部件性能。 PA 12的共同特性已应用于颗粒加热的模拟:块状材料的密度为1.01g/cm3,导热率为0.51W/(m K),比热容为1.75J/(gK)。请注意,质量密度取决于其形式(粉末或散装)。因此,指定的粉末密度为0.93g/cm3(PA1和PA2)和0.97g/cm3(PA3)。

  样品在具有默认参数的EOS Formiga P100 LS系统上进行3D打印。HelixJet通过射频电源连接到两个双螺旋电极,由氩气供电。

在聚酰胺12的等离子体打印中用等离子体源和沉积条件的规范

  将一个“喷射”的粉末送入等离子体,气体的动量迫使粒子通过等离子体柱。垂直于长丝的电极加速了新等离子体源中长丝的滑动。

  研究人员表示,“放电的HS成像实验证实,HelixJet中没有形成长丝,但是在管中形成了均匀的辉光放电柱。只有由射频功率的频率引起的发射调制仍然存在。”

喷射截面中的预测电场限制为两个电极的一圈,在三维图形(a)中以y = 0(b)的ax-z切割和在z = 5.4mm(d)的ax-y切割中呈现。(a)中的符号表示具有恒定电场幅度| E |的等值面等于102kV / m(A),130kV / m(B)和174kV / m(C1和C2)。实验观察显示HS相机PI-MAX4拍摄的轴向图像,曝光时间为3 ns(c),佳能EOS 600D(e)拍摄的侧照为1/80秒

  实验证明,加热粉末导致熔化表面温度低,岩心较冷。研究小组将此解释为“自我调节效应”,温度的升高和蒸发导致等离子体“淬火”,并使颗粒温度降至熔点以下。

  “这种效应导致在慢热烧结和LS工艺中发现的形态特征组合的存在,并能使具有相似材料性能的3D物体的等离子体打印成为可能,如SEM和化学分析所证明的那样。”研究人员总结道。

  “在可行性实验和建模的基础上,使用HelixJet将等离子体制造工艺升级到1cm3/min的速度似乎是可能的,尽管需要进一步的工作来将HelixJet转换为全AM工具,例如,引入连续粉末进料系统和计算机控制。”

HelixJet的照片(a)和红外热像(b)。高速红外线相机聚焦在标记为“变焦”的区域,用于粒子温度的IR测量(与图4相比)。

  3D打印包含大量的技术、硬件、软件和围绕它的化学材料,在今天发挥着重要作用,伴随着不同气体的使用,研究人员研究气体化学,研究它们对金属的影响,甚至用燃气轮机部件进行创新。

颗粒的温度动态。在t1 = 6.6×10-4s(a)和t2 = 9.3×10-3s(b)后,通过传热模拟获得的颗粒和气体温度,背景温度均为350℃; 流速为2 kfps的颗粒的高速IR(红外)热成像:图3b(c)所示的放大区域的颗粒温度,跟踪的单颗粒运动(d)。请注意,在(c)和(d)中,不同尺寸的颗粒是由IR成像光学系统聚焦到射流轴上引起的。失焦的颗粒出现不同的尺寸和不正确的温度。