3D打印中的微量氧

氧氣對(duì)3D打印有兩個(gè)影響。在粉末床或激光3D打印的情況下，當(dāng)使用銅等材料時(shí)，材料中的氧氣會(huì)在零件中形成氣泡。在立體平版印刷(SLA)的情況下，氧可以控制表面的固化。

粉末床3D打印機(jī)

粉末床印刷使用由激光熔化的材料顆粒(通常是金屬)。當(dāng)熔化金屬的每一層形成時(shí)，另一層就會(huì)在其上沉積。粉末床印刷通常是準(zhǔn)確昂貴的，但可以用普通機(jī)械加工的一小部分成本生產(chǎn)金屬制品。

粉末床激光3D打印有幾個(gè)名字，包括:

金屬選擇性激光熔化(SLM)

尼龍選擇性激光燒結(jié)(SLS)

直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)

電子束熔化(EBM)

區(qū)別在于金屬的種類(lèi)，在金屬中加入尼龍或其他材料，以及熔化金屬的熱源。

每種類(lèi)型的粉末床3D打印都是通過(guò)在密封的腔室中移動(dòng)激光(或電子束用于EDM)穿過(guò)細(xì)金屬粉末的平坦層來(lái)完成的。當(dāng)激光打開(kāi)時(shí)，它會(huì)加熱粉末，形成一個(gè)小的熔融金屬“熔池”。熔池的大小和位置由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)程序控制。在零件上從下往上加一層金屬后，再加一層新的金屬粉末。這一過(guò)程不斷重復(fù)，直到一個(gè)金屬部件在腔室內(nèi)形成。

氧含量監(jiān)控

3D打印中的大多數(shù)光固化粘合劑都是丙烯酸基的。面臨的挑戰(zhàn)是氧控制，即氧與產(chǎn)品的表層反應(yīng)，因?yàn)樗袒Ｑ蹩刂茣?huì)導(dǎo)致膠粘劑或涂層在固化后表面感覺(jué)“粘稠”。

由于氧氣控制是由在露天進(jìn)行的治療引起的，因此已經(jīng)探索了幾種解決方案:

提高固化溫度

改變材料的類(lèi)型或光的波長(zhǎng)

在零件和空氣之間引入物理屏障

在低氧、封閉的環(huán)境中固化零件

粉末床/激光3D打印

對(duì)于3D金屬打印，一層金屬粉末被激光掃過(guò)，形成熔化的材料“池”。隨后的層被組合起來(lái)，直到部分完成。為了制造出高質(zhì)量的零件，激光的強(qiáng)度、冷卻時(shí)間、濕度和金屬粉末的質(zhì)量都需要保持。但除此之外，系統(tǒng)中的任何氧氣都可能導(dǎo)致氣泡或成品部件結(jié)構(gòu)完整性的喪失。這不僅會(huì)導(dǎo)致有缺陷的零件，而且還會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)缺陷造成的工時(shí)損失。

3D打印氧氣分析儀Ntron恩特龍MICROX-223

由于這個(gè)原因，粉末床打印機(jī)可能依賴于使用氬氣或氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體來(lái)限制存在于激光和粉末相交處的氧氣。即使在密封的打印室中，操作人員也無(wú)法確保在打印開(kāi)始之前將所有的氧氣都除去。

監(jiān)測(cè)氧氣水平尤其重要。由于許多不同的金屬在加熱時(shí)與氧氣反應(yīng)，為了制造準(zhǔn)確的零件，這個(gè)腔室是密封的，里面的空氣用氮?dú)饣驓鍤獯妗?/span>

產(chǎn)品特點(diǎn)

? 測(cè)量范圍：1ppm-25％ O2

? 可靠的氧化鋯傳感器技術(shù)

? 適用于嚴(yán)苛的環(huán)境

? 響應(yīng)快

? 導(dǎo)軌式安裝

? LCD 顯示和 4 個(gè)多功能按鈕

? 4-20mA 信號(hào)輸出

? RS-232 通訊協(xié)議

? 24VDC 供電

? M18x1.5 螺紋過(guò)程接口或者KF40/KF50法蘭接口

大型3D金屬打印

雖然控制一小部分密封腔內(nèi)的氧氣水平可以用單個(gè)氧氣傳感器完成，但如何控制一個(gè)公共汽車(chē)大小的腔內(nèi)的氧氣水平?

汽車(chē)或飛機(jī)的大型金屬部件需要30多個(gè)小時(shí)才能打印出來(lái)，現(xiàn)在可以使用3D打印技術(shù)制造。為了維持低氧水平，氮?dú)饣驓鍤獠粩啾槐萌肭粌?nèi)。

一次空氣泄漏或氣泵故障都可能導(dǎo)致一個(gè)價(jià)值數(shù)千美元的部件被毀，只有在漫長(zhǎng)的打印過(guò)程完成后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。

監(jiān)測(cè)氧氣水平

我們的客戶認(rèn)為，監(jiān)測(cè)氧氣水平的解決方案可以通過(guò)在腔室的頂部、中部和底部的入口和出口間隔放置氧氣傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)想法是，門(mén)密封將是很可能發(fā)生泄漏的地方。

3D打印的未來(lái):生物打印

在3D打印過(guò)程中控制氧氣量還有其他好處。例如，科羅拉多大學(xué)博爾德分校的一組工程師發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)SLA 3D打印機(jī)固化過(guò)程中的氧氣量，他們可以控制零件的剛性。這對(duì)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用有潛在的好處，因?yàn)槿梭w部位需要結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和靈活性。