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3D金屬打印復(fù)雜齒輪手板模型有以下諸多要點(diǎn)：

一、前期準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)模型

精確建模：首先要使用專(zhuān)業(yè)的三維建模軟件（如SolidWorks、UG等）設(shè)計(jì)出齒輪手板模型。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要精確設(shè)置齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角等參數(shù)，確保齒輪的尺寸和形狀符合要求。例如，對(duì)于模數(shù)為2，齒數(shù)為30的直齒圓柱齒輪，其分度圓直徑就是2×30 = 60mm。同時(shí)，要考慮到齒輪的軸孔、鍵槽等細(xì)節(jié)部分的設(shè)計(jì)，以滿足后續(xù)安裝和使用的要求。

考慮工藝性：由于3D金屬打印的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮工藝性。例如，為了避免應(yīng)力集中，在齒輪的輪齒根部與輪轂的過(guò)渡處應(yīng)設(shè)計(jì)合適的圓角半徑。對(duì)于一些復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如空心齒輪或帶有冷卻通道的齒輪，要在設(shè)計(jì)中合理地添加支撐結(jié)構(gòu)和工藝孔，以便于打印過(guò)程中的材料填充和成型。

壁厚優(yōu)化：根據(jù)3D金屬打印設(shè)備和所選材料的特性，確定合適的壁厚。一般來(lái)說(shuō)，較薄的壁厚可以節(jié)省材料和打印時(shí)間，但過(guò)薄可能會(huì)導(dǎo)致打印失敗或零件強(qiáng)度不足。例如，對(duì)于鈦合金齒輪手板，壁厚一般不宜小于0.5mm，對(duì)于較大尺寸的齒輪，壁厚可以適當(dāng)增加。

選擇材料

材料性能匹配：根據(jù)齒輪手板的用途和工作環(huán)境選擇合適的金屬材料。如果齒輪用于高速重載的傳動(dòng)系統(tǒng)，如汽車(chē)變速箱，可能需要選用高強(qiáng)度、高硬度的合金鋼，如40CrMnSiMoVA等；如果是用于航空航天領(lǐng)域的輕量化部件，可能選擇鈦合金（如TC4）較為合適，因?yàn)殁伜辖鹁哂忻芏鹊汀?qiáng)度高的特點(diǎn)。

可打印性評(píng)估：不同的金屬材料適用于不同的3D打印工藝。例如，選區(qū)激光熔化（SLM）技術(shù)適用于打印不銹鋼、鈦合金、鋁合金等多種金屬，而電子束熔化（EBM）技術(shù)在打印高溫合金方面有較好的表現(xiàn)。在選擇材料時(shí)，要考慮其對(duì)所選打印工藝的適應(yīng)性，包括材料的粉末流動(dòng)性、熔點(diǎn)、膨脹系數(shù)等參數(shù)。

打印設(shè)備調(diào)試

校準(zhǔn)設(shè)備：在打印之前，需要對(duì)3D金屬打印設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。這包括檢查激光光路是否準(zhǔn)確、粉倉(cāng)鋪粉是否均勻、刮刀高度是否合適等。例如，在SLM設(shè)備中，激光光斑的大小和能量分布直接影響打印質(zhì)量，通過(guò)校準(zhǔn)確保光斑在工作平面上的位置準(zhǔn)確，能夠使打印出的齒輪手板尺寸精度更高。

設(shè)置參數(shù)：根據(jù)所選材料和模型特點(diǎn)，設(shè)置合適的打印參數(shù)。這些參數(shù)包括激光功率、掃描速度、層厚、預(yù)熱溫度等。以不銹鋼齒輪手板為例，激光功率一般在180 – 240W之間，掃描速度為600 – 1200mm/s，層厚為0.03 – 0.05mm。合適的參數(shù)設(shè)置可以保證打印過(guò)程的穩(wěn)定性，減少缺陷的產(chǎn)生。

二、打印過(guò)程

基底制作

制作平臺(tái)準(zhǔn)備：在打印平臺(tái)上創(chuàng)建一個(gè)平整的基底，通常使用刮刀將金屬粉末均勻地鋪在平臺(tái)上，形成一層薄薄的粉床。對(duì)于一些復(fù)雜的齒輪手板模型，基底的平整度至關(guān)重要，它直接影響到第一層打印的質(zhì)量。如果基底不平整，可能會(huì)導(dǎo)致第一層粉末鋪設(shè)不均勻，進(jìn)而影響后續(xù)層的打印質(zhì)量。

預(yù)熱基底：根據(jù)所選材料的要求，對(duì)基底進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱的目的是減少打印過(guò)程中的溫度梯度，防止零件產(chǎn)生裂紋和變形。例如，對(duì)于鈦合金的打印，預(yù)熱溫度一般設(shè)置在200 – 300℃之間，這樣可以提高粉末的流動(dòng)性，使第一層粉末更好地熔化和凝固。

逐層打印

分層切片：將設(shè)計(jì)好的齒輪手板模型進(jìn)行分層切片處理，得到一系列二維輪廓數(shù)據(jù)。切片的層厚通常根據(jù)打印設(shè)備的精度和材料特性來(lái)確定，一般為0.02 – 0.1mm。在打印過(guò)程中，設(shè)備按照這些切片數(shù)據(jù)逐層制造。例如，一個(gè)厚度為10mm的齒輪手板模型，如果層厚設(shè)置為0.05mm，那么它將被切片成200層進(jìn)行打印。

激光掃描熔化：以SLM技術(shù)為例，在打印過(guò)程中，激光按照切片數(shù)據(jù)的輪廓選擇性地照射在金屬粉末上，使粉末熔化并迅速凝固。對(duì)于齒輪的輪齒部分，由于其形狀復(fù)雜，激光的掃描路徑需要精確規(guī)劃，以確保輪齒的形狀精度和表面質(zhì)量。在掃描過(guò)程中，相鄰熔覆線的重疊率一般在30% – 50%之間，這樣可以保證良好的熔覆效果，減少孔隙和裂紋的產(chǎn)生。

實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)整：在打印過(guò)程中，通過(guò)設(shè)備自帶的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察打印狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)異常情況，如激光功率不穩(wěn)定、粉末供應(yīng)不足或打印層出現(xiàn)缺陷等，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。例如，如果發(fā)現(xiàn)某一層打印出現(xiàn)了局部未熔化的情況，可以適當(dāng)降低打印速度或增加激光功率來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

三、后處理

去除支撐結(jié)構(gòu)

機(jī)械方法：在打印復(fù)雜齒輪手板模型時(shí)，通常會(huì)添加支撐結(jié)構(gòu)來(lái)保證打印的成功率。打印完成后，需要將這些支撐結(jié)構(gòu)去除。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的支撐結(jié)構(gòu)，可以使用鉗子、錘子等工具手動(dòng)去除。但對(duì)于復(fù)雜的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，可能需要采用切割、打磨等機(jī)械方法。例如，使用小型切割機(jī)沿著支撐結(jié)構(gòu)與齒輪手板的接觸面小心地切割，然后將殘留的部分用砂紙打磨光滑。

化學(xué)方法：在一些情況下，也可以使用化學(xué)方法去除支撐結(jié)構(gòu)。例如，對(duì)于某些水溶性支撐材料，可以將打印件放入水中或?qū)ｉT(mén)的溶液中，通過(guò)溶解的方式去除支撐。不過(guò)，這種方法需要注意控制處理時(shí)間和溶液濃度，避免對(duì)齒輪手板本身造成腐蝕。

熱處理

應(yīng)力消除：3D金屬打印過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，可能導(dǎo)致齒輪手板變形或出現(xiàn)微觀裂紋。通過(guò)熱處理可以有效地消除應(yīng)力。對(duì)于常見(jiàn)的金屬材料，如不銹鋼和鈦合金，可采用退火處理。例如，不銹鋼齒輪手板在打印后可以在900 – 1000℃下進(jìn)行退火處理，保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻，這樣可以松弛內(nèi)部的應(yīng)力，提高零件的穩(wěn)定性。

硬度調(diào)節(jié)：根據(jù)齒輪手板的性能要求，還可以通過(guò)熱處理來(lái)調(diào)節(jié)硬度。例如，對(duì)于需要較高硬度和耐磨性的齒輪，可以在去除應(yīng)力后退火的基礎(chǔ)上進(jìn)行淬火 + 回火處理。以40Cr合金鋼為例，淬火溫度一般在850 – 880℃之間，回火溫度根據(jù)所需的硬度而定，通常在300 – 600℃之間。

表面處理

打磨拋光：為了使齒輪手板表面更加光滑，提高其尺寸精度和外觀質(zhì)量，需要進(jìn)行打磨拋光處理。從粗磨到精拋，逐步提高表面質(zhì)量。例如，先使用砂輪對(duì)表面進(jìn)行粗磨，去除打印過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺和較大的凸起，然后換用更細(xì)粒度的砂紙進(jìn)行手工打磨，最后采用拋光膏和拋光輪進(jìn)行精拋，使表面粗糙度達(dá)到Ra 0.8 – 0.1μm左右。

涂層處理：根據(jù)具體應(yīng)用需求，還可以對(duì)齒輪手板進(jìn)行涂層處理。例如，為了提高齒輪的耐磨性和耐腐蝕性，可以在表面鍍上一層硬鉻或鎳基合金涂層。涂層的厚度一般控制在0.02 – 0.05mm之間，通過(guò)物理氣相沉積（PVD）或化學(xué)氣相沉積（CVD）等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。