高反射材料激光选区熔化成形最新进展
金、银、铜等高反射材料的激光增材制造具有广阔的应用前景,但也面临着重要问题。近几年来, 越来越多的研究者开始关注高反射材料的激光增材制造, 好的研究成果不断涌现。
1、什么是高反射材料
高反射材料一般指金、银、铜及部分合金,该类材料对激光的吸收率很低。市面上大多数打印机用的是波长为1064nm左右的Nd:YAG激光器或光纤激光器。在此波长下,金、银、铜三种材料的反射率都达到了95%以上。如此高的反射率使金属粉末无法吸收足够的激光能量,导致熔化不充分,熔体湿润性差,难以铺展开,导致气孔和球化现象四,打印态材料致密度低、性能差;同时打印中反射的激光可能会损害打印机的光学系统.克服高反射率成为用激光增材制造打印金、银、铜等材料的关键。
2、成形难点
激光吸收率低(1064nm波长)损害设备元器件
常规粉末床激光设备无法使其完全熔化
无法形成平整表面
3、解决方案
3.1提高激光功率
铂力特成功开发出3D打印CuCrZr(铬锆铜)的成形参数。
3.2粉末沉积涂层
法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学研究人员在铜粉上进行了物理气相沉积 (PVD)吸收性CrZr 涂层以增强其对1064 nm激光的吸收性 ,将所得 CuCrZr 粉末的光吸收从 39%(纯铜的值)增加到 81.8%。
参考文献:P. Lassègue, C. Salvan, E. De Vito, R. Soulas, M. Herbin, A. Hemberg, T. Godfroid, T. Baffie, G. Roux,Laser powder bed fusion (L-PBF) of Cu and CuCrZr parts: Influence of an absorptive physical vapor deposition (PVD) coating on the printing process,Additive Manufacturing,Volume 39,2021,101888,ISSN 2214-8604,https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.101888.
3.3小光斑+细粉+小层厚
香港中文大学研究团队文开发了一种具有小激光光斑 (25 μm)、细粉(5-25 μm) 和小层厚 (10 μm)的高精度 LPBF (hp-LPBF) 系统,可以实现全致密化在相对较低的激光功率下具有高分辨率和低粗糙度的纯铜元件。经过热处理,电气性能可进一步提高到96% IACS。具有复杂蜂窝结构的纯铜部件打印壁厚为 100 μm,顶/侧/底表面粗糙度 Ra 为 3.3/14.8/19.2 μm。总体而言,与传统 LPBF 相比,hp-LPBF 已证明其能够以相同水平的相对密度和属性打印更精细、更光滑的纯铜零件。
参考文献:Shuo Qu, Junhao Ding, Jin Fu, Mingwang Fu, Baicheng Zhang, Xu Song,High-precision laser powder bed fusion processing of pure copper,Additive Manufacturing,Volume 48, Part A,2021,102417,ISSN 2214-8604,https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102417.
3.4铜粉镀锡
Suraj DinkarJadhav等人(2020)在铜粉表面涂覆一薄层金属锡(62±14nm),提高了粉末在室温下的光吸收率约170%,用500 W的光纤激光器制造出无裂纹且完全致密的铜零件。