3D打印过程中的微量氧监控

3D打印中的微量氧

氧气对3D打印有两个影响。在粉末床或激光3D打印的情况下，当使用铜等材料时，材料中的氧气会在零件中形成气泡。在立体平版印刷(SLA)的情况下，氧可以控制表面的固化。

粉末床3D打印机

粉末床印刷使用由激光熔化的材料颗粒(通常是金属)。当熔化金属的每一层形成时，另一层就会在其上沉积。粉末床印刷通常是准确昂贵的，但可以用普通机械加工的一小部分成本生产金属制品。

粉末床激光3D打印有几个名字，包括:

金属选择性激光熔化(SLM)

尼龙选择性激光烧结(SLS)

直接金属激光烧结(DMLS)

电子束熔化(EBM)

区别在于金属的种类，在金属中加入尼龙或其他材料，以及熔化金属的热源。

每种类型的粉末床3D打印都是通过在密封的腔室中移动激光(或电子束用于EDM)穿过细金属粉末的平坦层来完成的。当激光打开时，它会加热粉末，形成一个小的熔融金属“熔池”。熔池的大小和位置由计算机辅助设计(CAD)程序控制。在零件上从下往上加一层金属后，再加一层新的金属粉末。这一过程不断重复，直到一个金属部件在腔室内形成。

氧含量监控

3D打印中的大多数光固化粘合剂都是丙烯酸基的。面临的挑战是氧控制，即氧与产品的表层反应，因为它固化。氧控制会导致胶粘剂或涂层在固化后表面感觉“粘稠”。

由于氧气控制是由在露天进行的***引起的，因此已经探索了几种解决方案:

提高固化温度

改变材料的类型或光的波长

在零件和空气之间引入物理屏障

在低氧、封闭的环境中固化零件

粉末床/激光3D打印

对于3D金属打印，一层金属粉末被激光扫过，形成熔化的材料“池”。随后的层被组合起来，直到部分完成。为了制造出高质量的零件，激光的强度、冷却时间、湿度和金属粉末的质量都需要保持。但除此之外，系统中的任何氧气都可能导致气泡或成品部件结构完整性的丧失。这不仅会导致有缺陷的零件，而且还会导致生产缺陷造成的工时损失。

3D打印氧气分析仪Ntron恩特龙MICROX-223

由于这个原因，粉末床打印机可能依赖于使用氩气或氮气作为保护气体来限制存在于激光和粉末相交处的氧气。即使在密封的打印室中，操作人员也无法确保在打印开始之前将所有的氧气都除去。

监测氧气水平尤其重要。由于许多不同的金属在加热时与氧气反应，为了制造准确的零件，这个腔室是密封的，里面的空气用氮气或氩气代替。

产品特点

• 测量范围：1ppm-25％ O2

• 可靠的氧化锆传感器技术

• 适用于严苛的环境

• 响应快

• 导轨式安装

• LCD 显示和 4 个多功能按钮

• 4-20mA 信号输出

• RS-232 通讯协议

• 24VDC 供电

• M18x1.5 螺纹过程接口或者KF40/KF50法兰接口

大型3D金属打印

虽然控制一小部分密封腔内的氧气水平可以用单个氧气传感器完成，但如何控制一个公共汽车大小的腔内的氧气水平?

汽车或飞机的大型金属部件需要30多个小时才能打印出来，现在可以使用3D打印技术制造。为了维持低氧水平，氮气或氩气不断被泵入腔内。

一次空气泄漏或气泵故障都可能导致一个价值数千美元的部件被毁，只有在漫长的打印过程完成后才会被发现。

监测氧气水平

我们的客户认为，监测氧气水平的解决方案可以通过在腔室的顶部、中部和底部的入口和出口间隔放置氧气传感器来实现。这个想法是，门密封将是很可能发生泄漏的地方。

3D打印的未来:生物打印

在3D打印过程中控制氧气量还有其他好处。例如，科罗拉多大学博尔德分校的一组工程师发现，通过调节SLA 3D打印机固化过程中的氧气量，他们可以控制零件的刚性。这对生物医学应用有潜在的好处，因为人体部位需要结构稳定性和灵活性。