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吉祥博:LENS与SLM金属3D打印技术对比系列之熔池形态对比(二)

发布时间:2020-08-17 11:37:02来源:吉祥博【官网】编辑:吉祥博【官网】阅读: 当前位置:首页 > 猎奇怪事 > 手机阅读

【吉祥博官网】在第一篇的文章中和大家非常简单的理解LENS(LaserEngineeredNetShaping)与SLM(SelectiveLaserMelting)的技术原理和非常简单的差异,这一次给大家带给的是加深一步的分析对比——熔池形态。高性能金属零部件的激光增材生产技术与工艺复杂多变,使得有所不同工艺条件下熔池形貌、加热速度、冶金凝结的组织等材料成型基础问题几乎有所不同。因此,较为分析这些基础问题的演进规律将为精确掌控与了解挖出合金材料的的组织与性能获取一定的理论依据。

在激光增材生产技术种,熔池是加工成型过程中大于的基本单元,熔池特征的平稳是整个加工过程乃至最后成型零件的组织性能平稳的确保。分析有所不同工艺成形过程中熔池形貌特征的变化,是至关重要的因素。

再行理解一下激光形态,如下图这是激光的形态的示意图,一般我们不会采行能量密度集中于的焦平面作为熔融面产生熔池。熔池形貌特征的影响在SLM激光增吉祥博材生产过程中,随着激光功率的减少,使得熔池的深度渐渐减少,熔池内部的流动性强化,熔池与周围液体的认识面积减少,使得熔池的风扇效率减少,加热速率减少。在LENS工艺中,熔池在纵向方向尺寸较小,一般为毫米级,甚至超过厘米级,熔池在横向方向击穿到基底中的深度则较深,在SLM工艺中由于直径与单层沉积厚度皆较小,因此熔池尺寸一般为亚毫米级,但是SLM工艺中熔池击穿到基底中的深度则比较减少,特别是在在高功率SLM工艺中,熔池的击穿深度更大。

a.大光斑LENSb.中光斑LENSc.小光斑LENSd.较低功率SLMe.高功率SLMA.B.C.D.E.右图为左侧为SLM(a)右侧为LENS(b)成形过程中合金凝结时柱状晶的生长和形核示意图LENS与SLM成形过程中,熔池的加热速度不受多个因素的影响,比如:激光功率、扫瞄速度、光斑大小等与能量输出涉及的工艺参数,以及扫瞄方式、熔池形貌、沉积高度、甚至是基板温度等与外在成形条件涉及的因素。研究找到,熔池加热速率随着激光功率的减少而减少,随着扫面速度的减少而减少,因此,在确保合金需要充份熔融的前提下较低的激光功率与较高的扫瞄速度更容易获得较高的加热速度。实质上激光功率与扫瞄速度的变化主要是造成了熔池能量输出的变化,从而最后引发了加热速度的变化,在其他条件的情况下,熔池的能量输出就越多,加热速率就越较低,反之亦然。除了能量输出之外,熔池与基底之间的风扇效率也是影响加热速率的因素之一。

随着零件成形高度的减少,基板与已成形部分的温度渐渐下降,熔池倚赖基板及已成型部分展开风扇效率减少,造成加热速率随成型高度的减少而减少。而熔池形貌是影响风扇效果的另一个最重要因素。

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随着熔池浅宽比的减少,熔池内部流动性强化,熔体的有效地风扇效率减少,使得熔池的加热速率减少。然而LENS与SLM有所不同工艺中,随着工艺参数与熔池形貌的变化,熔池的热输出与风扇效率更为简单,加热速率差异也大。高温冶金熔池在高温梯度、低加热速率条件下的较慢凝结及逐级沉积过程,移动熔池中熔体的热传导不道德以及晶体形核与长大过程必要要求了冶金的组织特征(如晶粒尺、晶粒形态、晶体生长方向与晶界结构等)展现出出对工艺参数和工艺过程的高敏感性及简单多变性。在LENS成形过程中,柱状晶尺寸随激光功率的减小而变小,随扫瞄速度的减小而增大,同时在附近基板区域的柱状晶尺寸显著大于靠近基板区域的柱状晶尺寸。

在SLM成形过程中也找到类似于的变化规律,在一次钛合金TC4的打印机中,由于加热速率的变化,在样品的上、中、下三个部位,仔细观察到了有所不同尺寸α相和β互为的组织结构。加热速率越大,晶粒尺寸就越小,反之晶粒尺寸越大。

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