烧结用于哪里？从传统制造到现代 3D 打印

从根本上说，烧结被广泛应用于各个行业，用于在不达到完全熔点的情况下将粉末转化为固体、功能性物体。它是粉末冶金、大多数陶瓷制品的制造以及现代增材制造中的一项关键技术的基础工艺。选择这种方法是为了制造从结构钢部件和自润滑轴承到先进牙科植入物和定制 3D 打印组件等各种产品。

烧结的真正价值在于它能够解决熔化无法解决的问题。它使得能够利用具有极高熔点的材料制造部件、设计具有受控孔隙率的零件，以及高效地批量生产复杂形状。

基础：传统烧结行业

烧结不是一项新技术；它的原理已被使用了数千年。如今，它仍然是两个主要工业部门的支柱。

粉末冶金是从金属粉末制造金属零件的科学。烧结是将这些粉末熔合在一起形成连贯、坚固的整体的关键步骤。

此过程对于熔点特别高的金属（如钨）至关重要。熔化这些材料在技术上具有挑战性并需要巨大的能量，而烧结在较低的温度下即可实现固结。

常见应用包括用于照明的钨丝、硬质合金切削工具以及汽车和工业机械中使用的各种结构钢部件。

历史上，烧结最早用于生产粘土陶器和砖块，如今它仍然是制造几乎所有陶瓷产品的主要方法。

易碎的陶瓷粉末首先被压制成所需的形状（“生坯”），然后放入炉中烧结。此过程将颗粒粘合在一起，从而大大提高了最终物体的强度和密度。

除了传统陶器之外，它还用于电气元件、半导体和牙科牙冠等医疗产品中的先进技术陶瓷。

烧结原理已被应用于尖端制造技术和专业材料，将其用途扩展到传统金属和陶瓷之外。

烧结是几种金属 3D 打印技术（如选择性激光烧结 (SLS) 和直接金属激光烧结 (DMLS)）的基石。

在这些工艺中，激光选择性地将薄层的金属粉末一层一层地烧结起来，从而根据数字模型构建复杂的定制零件。

这使得能够创造出用传统机加工生产不可能或成本过高的复杂几何形状，同时还能节省能源和材料。

由于烧结是从单个颗粒开始的，因此可以通过调整工艺参数来精确控制零件的最终密度。这被有意识地利用来制造多孔材料。

自润滑轴承是通过烧结青铜粉末以形成多孔结构来制造的，然后将油浸渍到其中。轴承在运行时会释放油。

相同的原理用于制造多孔金属和塑料过滤器，用于在液压系统、化学加工和其他应用中将固体与流体分离。

烧结也应用于某些聚合物。细塑料粉末被加热直到颗粒表面融合，形成坚固但轻质的材料。

这通常用于生产耐用、多孔的表面，用于高性能滑雪板和单板滑雪板的底部，这些底部旨在有效吸收蜡。它还用于制造专业塑料过滤器。

尽管功能强大，但烧结并非万能的解决方案。选择此过程需要了解其固有的妥协。

除非采取特定的后处理步骤，否则与由熔融材料制成的零件相比，烧结零件几乎总会存在一些残余孔隙率。

对于结构应用，这可能意味着与锻造或铸造的等效部件相比，极限强度或抗疲劳性略低。然而，对于过滤器或轴承等应用，这种孔隙率是一个关键特性。

在烧结过程中，随着颗粒键合和它们之间的空隙减小，零件会收缩。预测和控制这种收缩对于实现严格的尺寸公差至关重要。

这需要精确控制粉末特性、压实压力和炉温曲线。控制不当可能导致零件超出规格。

生产适合烧结的高质量金属或陶瓷粉末可能是一个昂贵的过程。粉末的尺寸、形状和纯度必须特定，以确保结果一致。

必须权衡这种初始材料成本与节省能源和最少材料浪费（近净形成型制造）等好处。

选择烧结完全取决于您使用的材料和最终零件所需的特性。

最终，当熔化不切实际、不理想或无法实现所需的最终零件特性时，烧结是首选的制造工艺。