用于直接金属激光烧结（DMLS）的不同再烧炉配置的应用案例

2021 年 9 月 30 日 | 阅读时间：7 分钟

说到重新涂层刀片的不同选择，增材制造 (AM) 界一直存在着是使用软性还是硬性重新涂层解决方案的争论。在此，我想概述一下不同的使用情况以及软涂层和硬涂层的优缺点。

硬质重装机

EOS 系统的标准选项是硬质重涂器，因为它在工件质量和可重复性方面具有优势。硬质刀片可确保层厚一致，并可清除部件表面的飞溅物，这些飞溅物在曝光过程中从熔池中喷出，是导致后续层熔合不充分的高风险因素。由于其形状和硬度，硬质刀片可在重涂过程中压实粉末，从而提供密度更高的粉末床层。所有 EOS 标准工艺参数都是使用硬质重涂刀片开发的，因为它们对不合适的工艺参数非常敏感。因此，可以很容易地将工艺窗口缩小到稳健的工艺参数上，从而提供稳定的工艺。

与软质重涂剂相比，硬质重涂剂具有更强的耐磨性，即使在长时间的生产过程中也能确保稳定的重涂性能。因此，整个部件的性能更加稳定。尽管硬质重涂机通常比软质重涂机昂贵，但在进行成本分析时，也必须考虑到硬质重涂机的使用寿命更长，所需的维护量更少。

由于磨损可能会造成粉末污染并导致夹杂物，因此受严格监管的行业对聚合物软重涂器持保留意见。例如，航空航天业尤其希望在发动机应用中避免硅夹杂物。不过，这并不是排除在外的一般标准。

受益于硬质重涂机优势的典型应用是在机械性能或尺寸精度方面对可重复性质量要求最高的零件，以及体积较大的零件。

硬质重涂机的主要挑战在于其刚性。如果工件与涂覆机接触，就很有可能导致工作中断，而软质涂覆机可以适应工件的变形。工件与涂覆机之间发生接触的原因包括残余应力导致的支撑失效或不合适的工艺参数导致的过热。

不过，对于高质量零件或批量生产而言，这一缺点也可以被视为优点。即使使用软性重涂机完成制造工作，损坏或瑕疵最终仍会存在，从而导致零件必须报废。在热处理或其他后加工步骤之后，损坏才会在下游被发现，这就存在一定的风险，从而导致更高的成本。最糟糕的情况是，如果缺陷根本没有被发现，可能会导致运行过程中出现故障。虽然使用硬重涂机时工作会崩溃，但 AM 工程师会得到直接反馈，说明设计、支撑或工艺参数出了问题，零件必须进行下一次迭代。

另一个缺点是，由于刀片的硬度，重涂过程中的所有摩擦力都会传递到零件上。这一事实限制了高纵横比的可制造性。在重新喷涂过程中，摩擦力可能会使工件弯曲或引起振动，从而扰乱粉末床。这一难题可以通过调整工艺参数（考虑部件的热状况）得到部分缓解，但对于高而薄的设计来说，这仍然是一个限制因素。

然而，用于医疗应用的晶格结构等精细物体表明，在调整工艺参数时，使用硬质重涂机可以相当容易地制造出易碎部件。髋关节杯就是一个很好的例子，它的结构精细，但质量要求高，硬质重涂机可以证明它的优势。

EOS 机器有两种不同类型的硬涂层：HSS（高速钢）和陶瓷。根据所用材料的不同，必须选择不同的重涂器配置。对于大多数材料来说，使用高速钢刀片是因为即使刀片经过硬化处理，仍具有一定的延展性。因此，与陶瓷重涂机相比，与工件接触后出现缺口的风险较低。不过，如果在粗加工后出现缺口，例如由于支撑失效，则不必更换刀片，只需仔细打磨即可。

如果材料是可磁化的，则必须选择陶瓷类型的重涂刀片。否则，粉末会粘附在刀片上，并在重涂过程中产生条纹。EOS 产品系列中的此类材料包括 CX、PH1、17-4PH 或 MS1 等钢材。与高速钢刀片不同的是，由于陶瓷的脆性，无法磨削潜在的缺口。不过，这种材料非常耐磨。

软重涂机

软性重涂器的主要优点是在重涂过程中减少重涂器对工件的作用力。由于重涂器更加灵活，因此如果摩擦力过大，重涂器可以让位；如果工件变形并粘连在粉末床中，重涂器可以在一定程度上适应工件的轮廓。因此，软性重涂机的优势主要体现在两个方面：

能够更轻松地制造高宽比零件和易碎特征
降低因重涂机堵塞而中断工作的可能性。特别是在原型制造中，短期成果往往比确保零件质量更为重要。这就是为什么许多服务供应商通常使用软重涂机，以满足紧迫的交货时间表。此外，每一次作业崩溃都会增加制造成本。

上文在与硬涂层机的比较中已经简要提到了软涂层机的主要缺点。由于无法确保在整个成型高度上都能保持稳定的重涂效果，重涂机的磨损增加会影响长时间成型作业的工件性能。此外，在工件变形的情况下，例如由于与构建板的附着力不足，虽然工作仍在继续，但工件的尺寸精度很可能不符合规格。因此，工作的成功完成并不一定意味着零件符合规格要求。

不过，软性重涂机是一种有用的工具，其需求是由应用驱动的。对于某些具有上述特点的应用，它可以成为最经济的解决方案：高纵横比、易碎特征或需要短期效果。

EOS 提供三种不同的软涂层。一种是已推出多年的碳纤维刷涂覆器，另一种是用于EOS M 290 的上述两种聚合物涂覆器：硅树脂和丁腈橡胶（NBR）。

碳刷重涂机配备了一组短碳纤维，安装在一个支架上。与聚合物刀片相比，它可能略有优势，但价格更贵。在与工件接触的情况下，由于碳纤维可以在一定程度上向一侧弯曲，因此再涂刷器永久损坏的概率略低于聚合物选项。此外，摩擦力的影响更加局部化，因为零件只与一定量的纤维发生作用，这使其更适合制造易碎零件。

用于 EOS M 290 的两种聚合物刮刀也可用于大型框架系统 EOS M 400 和EOS M 400-4。最简单的区分方法是看颜色：硅胶刀片是透明的，丁腈橡胶刀片是黑色的，但在性能和使用条件方面也有区别。NBR 刮刀材料的指定使用温度不超过 80 °C，而硅胶材料则适用于温度较高的构建工作。

为了展示新型聚合物软涂覆器选项的功能，我们制造了一些高纵横比部件， EOS M 290 字母的叠加，进一步增加了挑战性。Materialise Magics 已用于创建树形支架，其最大纵横比为 66（直径 2.5 毫米，高度 165 毫米）。 EOS M 290 顶部的文字是在 Materialise 3-matic 软件的帮助下设计的，由一个基于网格的格子组成，里面有体积图。此外，EOS 徽标的精细支撑是使用 Materialise e-Stage 创建的，它可以实现完全自动化的支撑生成，有助于节省支撑所需的材料，并显著减少数据准备时间。然后一切都打印在EOS M 290 采用 EOS Aluminum AlSi10Mg 和新型 AlSi10Mg 60 µm Core 工艺。