如何通过多激光器3D打印技术构建高完整性的金属零件(5)
时间：2019-01-15 22:04 来源：南极熊 作者：中国3D打印网 阅读：次
打印层厚的影响
通常如果每个打印层的厚度较大，就需要使用较高功率的激光，进行更高的能量输入，这将导致较大的熔池，也可能产生更多的飞溅。此外，较高的激光功率会产生更强烈的激光光斑，从而产生更强烈的蒸汽羽流和更多的冷凝物。如果从这一点上来推测，层厚较大时下风向打印样件将受到更严重的影响。
然而，研究人员通过测试发现，厚度差别所产生的影响很小。在测试时，研究人员分别采用了30微米和60微米两种层厚来打印 Inconel-718 样件，但是两种不同层后的经过热处理的Inconel-718样件得到的测试结果非常相似（如下图所示）。
图片来源：Renishaw
可以看出，两种不同层厚样件的机械性能退化与熔池距离之间的关系非常接近。虽然其中每个数据点存在一些细节差异，一旦考虑了交互过程的随机性质，这些结果基本相同。
哪种因素影响最大？
在上述研究中，研究人员探讨了影响下风向熔化质量的三个因素，即：去聚焦、遮蔽和飞溅掺入。 前两个因素通过空气传播的颗粒干扰下风向激光束，而第三个因素发生在粉末床表面。 那么，在这三个因素中，哪一个对下风向熔化质量的影响最大呢？
为此，研究人员使用新的激光扫描策略进行了测试。在新测试中，激光器进行列阵列扫描，首先熔化最上风向的样件，然后熔化处于下风向的样件。这意味着下风向样件不再受到前两个因素的影响，但是仍然会受到第三个因素的影响。
图片来源：Renishaw
在上图中，最上方两条曲线下风向打印样件分别在3个上风向激光器和1个上风向激光器空气传播因素影响下的测试结果，最下方曲线为下风向打印样件仅在表面飞溅因素（upwind then dowwind）影响下的测试结果。
在该试验中，下风向样件显示出拉伸性能的降低非常小，并且它们的表面粗糙度也几乎不受影响。上风向产生的碎片对熔化性能的影响很小。研究人员认为，这些结果也表明多激光之间相互发生作用的主要因素是去聚焦、遮蔽这样的空气传播因素。
研究人员提示，该试验是基于雷尼绍的多激光器3D打印设备RenAM 500Q 中进行的，不同的多激光器3D打印设备所发生的激光相互作用结果也将有所差异。
多激光器3D打印策略
通过上述研究，研究人员已经找到了多激光器3D打印设备中影响打印样件质量的因素，那么，应该如何将这些知识应用于多激光器设备的3D打印中呢？
-用多激光器设备批量生产多个零件
当零件阵列尺寸等于或大于激光器数量时，可以选择为每个零件分配一个激光，并以“列”的方式进行打印，激光器向上风向移动。
-用多激光器设备生产单个大型零件
可以尝试为每个激光器分配部件的水平区域来完全避免下风向处理，但这种方式的不足之处是，将在零件表面上有见证标记，并在区域边界处零件经过重新熔化。此外，采用这种激光策略时不太可能平等地使用所有的激光器，除非打印部件具有非常规则的形状。
更好的策略是使用符合熔池距离规则的策略，在整个部件中使用所有四个激光器。这种方法确保所有四个激光器保持工作的时间大约相同，从而最小化每个层的加工时间。使用单个激光来处理每个边界扫描是有意义的，这样将避免表面不连续。激光器保持彼此靠近，与下风向熔池之间的距离保持最小。
总结
多激光器3D打印技术具有更高的生产效率，然而多个激光器之间会产生相互作用，这种相互作用与它们之间的距离相关，并且在某些情况下，这种相互作用会对3D打印的部件质量产生不利影响。了解发生相互作用的机制则有助于合理规划多激光器3D打印设备的激光策略，以高效灵活的方式构建3D打印零件。
(责任编辑：admin)
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