DMLS 简介

什么是 DMLS

DMLS是Direct Metal Laser Sintering的缩写，是一种金属增材制造工艺，属于粉末床融合3D打印。在 DMLS 工艺中，激光系统将扫描并选择性地融合金属粉末颗粒，将它们粘合在一起以逐层构建零件。在这个过程中使用的材料是粒状金属。这些材料具有可变的熔点，可以在高温下在分子水平上融合。 DMLS技术应用于金属合金生产。我们将在本文中描述 DMLS 过程的基本机制，以及它的优点和局限性。

DMLS 的工作原理

DMLS制造工艺：

构建室充满了氩气等插入气体，以在最佳构建温度下最大限度地减少金属粉末的氧化。
一层薄薄的金属粉末散布在构建平台上，然后激光系统将扫描组件横截面，熔化或融合金属粉末以形成新层。扫描整个模型区域时，最终零件是完全实体的。
扫描过程完成后，构建平台将向下移动一层厚度，然后重新涂覆另一薄层金属粉末。重复这个过程，直到整个部分完成。

完成此制造过程后，将零件封装在金属粉末中。支撑结构采用与零件相同的材料制成，要求避免在高加工温度下翘曲和变形。

然后构建平台将冷却至室温，剩余的金属电源将手动移除。打印部件一个构建平台将需要热处理以减轻残余应力。最后使用切割或机加工方法分离最终部件。

DMLS 特性

DMLS 打印机参数

在 DMLS 中，几乎所有的工艺参数都由机器制造商设置。 DMLS 中的层高在 20 到 50 微米之间变化，这取决于金属粉末的特性，如流动性、功率大小分布、形状。

DMLS系统的典型尺寸为250×150×150 mm， 尺寸精度 约为±0.1毫米。 DMLS 被广泛用于小批量生产，因为零件总是附着在构建平台上，因此受到 X 和 Y 方向打印区域的限制。

DMLS中的金属粉末具有很高的可回收性，仅浪费不到5%。印刷完成后，未烧结的粉末将被收集，过筛，然后填充新鲜材料以进行下一次印刷。唯一的浪费是 支撑结构，这对于成功完成最终零件至关重要。这将大大增加材料的数量和成本。

层粘合

DMLS零件具有几乎各向同性的力学性能和热性能，固体表面的内部孔隙率很小，在烧结状态下孔隙率小于0.2至0.5%。在热处理之后，这将减少到几乎为零。 DMLS零件具有优越的机械性能和较高的硬度，但更容易产生疲劳。由于金属粉末呈颗粒状，DMLS 零件表面粗糙度约为 6 至 10 微米。这也决定了最终零件的较低疲劳强度。

支撑结构和零件定位

支撑结构 由于加工温度高，DMLS工艺中需要。

DMLS 支持结构函数：

为下一层提供合适的平台。
将零件固定在底板上，以防止翘曲。
将散热片等印刷部件的热量带走，以合适的速度控制冷却速度。

DMLS 零件应以角度定向，以最大限度地减少翘曲可能性并最大限度地提高关键方向的强度。毫无疑问，这会增加打印时间、材料浪费和总成本。翘曲也可以通过随机扫描模式最小化，这将防止任何特定方向的残余应力，并增加特征表面纹理。

由于 DMLS 的成本很高，因此使用模拟来预测打印行为。拓扑优化算法可用于最大化机械性能并创建轻质零件，最小化支撑结构需求和翘曲可能性。

空心截面和轻质结构

DMLS 不能使用大的空心截面作为支撑结构的难拆除。对于直径大于 8 毫米的内部通道，我们建议使用菱形或泪滴形横截面而不是圆形，因为这些特征不需要任何支撑结构。

DMLS 中的蒙皮和核心设计是空心截面的替代方案。这种设计可以用不同的激光粉末和扫描速度进行加工，以创造不同的材料特性。该工艺对于大型实体截面制造非常有用，它将减少打印时间和翘曲的可能性，并生产出具有高稳定性和出色表面质量的零件。

点阵结构是DMLS中减轻零件重量的常用策略，拓扑优化算法可以辅助设计有机轻量化形式。

常见的 DMLS 材料

DMLS 可以生产各种金属合金的各种零件，包括铝、不锈钢、钛、钴铬合金。这些材料将满足大多数工业应用要求。金属粉末的成本非常高，因此我们需要尽量减少零件体积和支撑结构。

DMLS 的关键优势在于它与高强度金属合金的相容性，如镍或钴铬超级合金，这种合金很难用传统方法制造。 DMLS 技术将显着节省成本和时间，并可后处理至高表面光洁度。

材料	特征
优点	缺点
铝合金	良好的机械和热性能低密度良好的导电性	低硬度
不锈钢	高耐磨性高硬度良好的延展性和焊接性
钛合金	耐腐蚀性优异的强度重量比生物相容性
钴铬合金	优异的耐磨性和耐腐蚀性优异的性能高硬度生物相容性
镍超合金	优异的机械性能高耐腐蚀性能耐1200℃温度
贵金属	珠宝应用	没有广泛使用

后期处理

应用各种后处理技术来提高 DMLS 零件的性能、精度和外观。强制性的后处理步骤包括松散粉末去除、支撑结构去除，而热处理（如热退火）用于消除残余应力并改善机械性能。 数控加工 可应用于孔或螺纹等关键特征。介质喷砂、金属电镀、抛光和微加工将提高零件表面质量和疲劳强度。

DMLS 的好处 & 限制

DMLS 的好处：

DMLS 可以生产具有复杂几何形状的定制零件，这是传统制造方法无法生产的。
可以对 DMLS 部件进行拓扑优化，以最大限度地提高性能并最大限度地减少总重量。
DMLS零件具有优良的物理性能，可用的材料包括难以加工的超合金金属。

DMLS 限制：

DMLS材料和制造成本非常高，不适合用传统方法轻松制造。
DMLS 构建尺寸是有限的，因为精确的生产条件和过程控制。
需要进行设计调整以适应 DMLS 工艺。