如何通过多激光器3D打印技术构建高完整性的金属零件（上）

2019-01-15 12:02

熔池之间的距离

为了研究激光熔融金属的质量与熔池距离之间的关系，研究人员进行一种下风向激光与上风向激光具有不距离的打印构建试验。他们将三列样件放置在粉末床的上风向（右侧），并将第四列样件放置下风向（左侧）。

图片来源：Renishaw

从上图中可以看出，处于最左边的一列样件，每一行与上风向样件之间的距离都不同。研究人员以行阵列的方式构建这些样件。当然，这个激光策略并非是构建高质量零件的方式，采用此策略的目的仅是用于研究测试。

在此情况下，研究人员使用热处理的Inconel－718 材料来说明这些效果，并补充其他几种材料的信息。

延展性

与之前试验中看的结果相似，处于下风向的样件延展性降低，而且它们的断裂伸长率变化更大。而处于右侧的样件，拉伸性能得到改善，并变得越来越一致：

图片来源：Renishaw

通过对处于不同列中的样件进行比对，可以看到与熔池距离之间的关系。下图显示出断裂伸长率的减少，这是因为研究人员在一系列材料中增加了下风向样件与上风向样件之间的距离。

图片来源：Renishaw

注意，所有这些值都是在负载下评估的，在拉伸试验机上测量。

同样，当进一步向下风向移动时，研究人员发现大多数材料的极限抗拉强度（UTS）下降，唯一的例外是Ti6Al4V。

图片来源：Renishaw

机械性能和下风向距离之间的关系在不同材料之间略有不同，这是由于它们的飞溅产生和拉伸行为是不同的。但是可以看到，越往下风向，对材料特性的影响就越大。在上述试验中，如果熔池距离保持在60毫米左右，则影响很小，但是在较大激光分离的情况下，退化明显增加。由此可以看到，最好是使熔池距离近一些。

熔化行为的变化，激光互动机制

那么，导致下风向样件机械性能和熔化质量下降的根本原因是什么？下风向激光如何受到上风向相邻激光的影响？

有三种可能的互动机制：

－通过空气中的冷凝物削弱聚焦 – 导致激光点强度降低

图片来源：Renishaw

－空气飞溅和冷凝物的阻塞 – 阻碍全部激光能量到达粉末床

图片来源：Renishaw

－组件中加入了飞溅物 – 粉末床中存在的大颗粒使粉末免受激光能量的影响

图片来源：Renishaw

这些三种互动机制是相互影响的，激光能量强度的损失导致熔化过程的激烈程度下降，进而使飞溅以较低的速度出现，从而落在更接近熔池的地方，增加飞溅物随后掺入组件中的可能性。

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