成型精度影響及控制
金屬粉末具有密度大、熔點高、導熱系數好等特點, 這些特點使得對激光束的功率要求更高，加熱速度更快，由于激光束加熱的局部性，將會引起溫度場分布不均衡、溫度梯度大. 在模型成型過程中, 由于溫度場不均衡引起的固化收縮問題, 極易導致模型出現球化、翹曲和開裂等現象。為了減少上述因為溫度場不均衡導致的模型損壞現象, 對溫度場控制進行研究是非常必要的. 因為金屬粉末燒結溫度場是一個動態分布的過程, 所以采用有限元模擬可以更好地分析成型過程中影響精度的因素, 從而對工藝參數進行合理選擇. Bugeda等通過對選擇性激光燒結過程中的單一激光源燒結軌跡進行有限元三維模擬, 分析了實驗材料的燒結過程, 得到的溫度和密度分布圖, 獲取了燒結深度的信息. Dai等提出了一種有限元分析方法用于調查激光掃描方式對殘留應力和變形的影響. 研究表明, 若有一層出現形變, 改變激光束的掃描方式可以將形變影響最小化; 該研究同時還發現, 如果掃描路徑沿著某一軸線方向進行長距離掃描, 將可能出現鞍形失真。
上面的研究基本采用三維有限元瞬態溫度場分析, 但卻沒有考慮到隨著溫度的變化對一些重要物理參數的影響; 不同材料的熱系數等物理性質的變換; 以及溫度、激光能量密度和成型件密度的耦合作用等。Wang討論了選擇性激光燒結過程中兩個重要參數(固化收縮和光束偏移) 對模型尺寸的影響. Williams 等采用分析和實驗的方法研究選擇性激光燒結過程中激光的能量密度、激光束光斑直徑以及激光束延遲對成型件平均密度和強度的影響. 該研究結果表明: 隨著能量密度和光斑直徑的增加, 成型件的密度和強度也隨之增長, 但是一些限制性因素的存在仍然會影響模型的最大密度和強度. 這種方法雖然能確定燒結過程中模型性能的變化, 但是對模型性能的提高有限. 選擇性激光燒結有一種大幅提高制件密度和強度的方法: 后固化法(將成型制件放入一定溫度的設備中使未完全成型部分進行再次固化). 文獻使用最小二乘法來調查后固化過程中成型件的收縮變化, 研究人員發現后固化方法能顯著減小尺寸的收縮, 并且發現固化程度與激光功率、層間距、掃描間距和掃描速度存在函數關系. 文獻研究揭示了重要過程參數(激光功率、掃描速度、層間距、粉床溫度等) 與成型制
件精度的關系, 使用田口設計方法為長方體模型進行測試, 通過最大化信噪比和方差分析進行尺寸補償, 成功提高了模型的有效性和精度。
這些實驗和結果都證明了激光粉末成型技術的成型精度還有10%以上的提升空間, 需要更多的科研人員來研究這部分領域, 特別是控制方法的研究.
綜上所述, 3D打印技術呈現了百花齊放, 百家爭鳴的發展狀況, 無論是從成型原理、材料等關鍵方向都有大量科研工作人員進行研發, 并且各有特色和優勢. 雖然3D 打印技術取得了廣泛的關注和迅猛的發展, 在成型精度和速度有所突破, 但依然存在著許多亟待解決的問題，有待來者的研究。
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