雷射積層製造用鋁合金粉體技術

刊登日期:2015/4/5
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積層製造用金屬材料發展
選擇性雷射熔化( Selective Laser Melting;SLM )技術是 20世紀 90年代初出現的一種粉末積層製造快速成形技術。是利用金屬粉末在雷射光束的熱作用下完全熔化,經冷卻凝固而成型的一種技術。採用 3DCAD電腦輔助設計,使粉末一粒一粒熔化再固化,形成嚴格按設計製造的堆積層,堆積層逐層成型,最終將 CAD模型轉換為機械性能與鍛造相當的成品。並且成形材料範圍廣泛,製造過程不受金屬零件複雜結構的限制,無需任何工裝模具,實現金屬零件和模具的快速製造,成為目前所有快速成形技術中最具發展前景的技術。

鋁合金粉體開發目的
由於重量為燃油效率直接的影響因素之一,汽機車輕量化將有助於提升燃油使用效率,因此,汽機車等相關行業之零組件製造商,勢必得尋求更輕的金屬材料來取代原有之重型材料,達到汽機車輕量化。具高機械強度之輕金屬包括鋁基、鎂基和鈦基等合金材料,由於比重遠低於鋼鐵材料之特性,常用於渦輪增壓器、汽缸頭、排氣岐管與車架等汽機車零組件。此外,在特殊反應器、高彈性機械組件、震動緩衝結構件、義肢與機械外骨骼等高價值關鍵零組件開發也佔有一席之地。根據 Frost & Sullivan 日前發佈的一份研究報告,在符合環保法規的需求推動下,至 2017年,全球輕量化汽車材料市場收入有望達到 953.4億美元。
 
鋁合金粉末噴粉製作
在鋁合金氣體噴霧試驗中,固定鋁合金熔解溫度、保溫爐溫度與氣體溫度的條件下,若氣體噴射壓力太小,將導致金屬熔湯霧化效果不佳,若氣體噴霧壓力過大,則會導致金屬熔湯凝固於噴嘴出口端。考量上述因素,本研究氣體噴射壓力分別設定為 15 bar、20 bar及 25 bar(表一),觀察分析不同噴射壓力下所製備鋁合金粉體之差異。
 
 
圖二、噴粉技術
 
在大氣環境下,鋁合金粉體容易吸附水氣,易造成粉體聚集,且當粒徑越細,聚集情況會越嚴重,導致粉體流動性變差。為了改善粉體聚集現象,將鋁合金粉體置入手套箱中,先抽真空再通入氮氣進行保護,藉以去除鋁合金表面水氣提升流動性。從表二結果得知,透過抽真空和通氮氣保護可有效提升鋁合金粉體流動性,其中以噴射壓力為15 bar和 20 bar所製作之鋁合金粉體流動性( Carr Index≦16% )最佳 ……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
表二、鋁合金粉體之Carr Index比較表
 
作者:陳溪山、周育賢、蔡怡迦、翁志榮、楊智超 / 工研院南分院 
★本文節錄自「工業材料雜誌340期」,更多資料請見下方附檔。

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