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雙激光技術(shù)使金屬3D打印粗糙度降低80%

魔猴君  行業(yè)資訊   1393天前

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KU Leuven的學(xué)生Lars Vanmunster開發(fā)了一種工藝,可以改進(jìn)使用激光粉末床熔合(LPBF)進(jìn)行3D打印的金屬零件的表面光潔度。該技術(shù)依賴于第二個(gè)脈沖激光的應(yīng)用,可將粗糙度降低80%。該項(xiàng)目的作用之大,以至于授予Vanmunster的工作獎(jiǎng)項(xiàng)。

由于在打印過(guò)程中粉末顆粒的飛濺,零件上會(huì)形成小的隆起,導(dǎo)致粗糙的表面。反過(guò)來(lái),必須從打印機(jī)上取下部件,并使用諸如打磨和拋光之類的技術(shù)進(jìn)行精加工。盡管在某些情況下(例如整形外科植入物),粗糙的表面可能是有益的,但對(duì)于大多數(shù)零件,在打印時(shí)必須進(jìn)一步加工以滿足最終規(guī)格的情況并非如此。這種后處理非常耗時(shí)且成本高昂,在某些情況下,可能成為決定是否使用給定組件使用3D打印的決定的因素。

已經(jīng)開發(fā)出多種方法來(lái)解決在構(gòu)建過(guò)程中金屬零件的表面光潔度。這些包括機(jī)械加工,激光燒蝕和蝕刻,電化學(xué)加工等。這些方法引起的問(wèn)題之一是會(huì)干擾構(gòu)建過(guò)程的金屬芯片的形成。Vanmunster及其同事在他的研究中遇到了一個(gè)想法,該想法通常是以前LPBF研究的一個(gè)問(wèn)題。在使用脈沖激光進(jìn)行3D打印零件實(shí)驗(yàn)時(shí),它遇到了沖擊波干擾部件的不幸副作用。但是,在其他領(lǐng)域,例如激光沖擊噴丸和箔成型,來(lái)自激光器的沖擊波實(shí)際上可以具有實(shí)際應(yīng)用。

過(guò)程的可視化。圖片由KU Leuven提供。

Vanmunster當(dāng)時(shí)是魯汶大學(xué)機(jī)械工程,制造過(guò)程和系統(tǒng)系的碩士研究生,他與同事們共同努力,并考慮將脈沖激光的沖擊波用作改善表面質(zhì)量的一種手段。通過(guò)將3D Systems ProX DMP 320A500W激光器配合使用,并使用第二納秒級(jí)的fiber光纖激光器,他們開發(fā)了一種雙重激光方法,可在打印過(guò)程中自動(dòng)執(zhí)行表面精加工。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)能量源用于打印零件時(shí),第二個(gè)脈沖激光通過(guò)向該區(qū)域發(fā)送微小的沖擊波來(lái)去除殘留的粉末。這會(huì)導(dǎo)致未燒結(jié)的粉末在一次激光重新熔化外表面之前被吹走。

重熔過(guò)程之前(上方)和之后(下方)的印刷零件和橫截面。表面更加光滑,消除了階梯效應(yīng)。

圖片由KU Leuven提供。

此過(guò)程最多可以減少80%的表面粗糙度,從而減少后處理工作量和整體零件成本。 Vanmunster的論文獲得了佛蘭德工程師協(xié)會(huì)的“ IE NET碩士論文獎(jiǎng)”。當(dāng)被問(wèn)及從何處激發(fā)該工藝的靈感時(shí),Vanmunster說(shuō):“雙激光裝置是幾年前在魯汶大學(xué)的增材制造研究小組開發(fā)的。 AM團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)這種新穎的雙激光裝置進(jìn)行了深入的測(cè)試和實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了通過(guò)脈沖激光的沖擊波選擇性去除粉末的現(xiàn)象。我的研究集中在使用Jitka Metelkova的博士學(xué)位研究的背景下,使用這種設(shè)置來(lái)減少表面粗糙度,他正在使用該機(jī)器進(jìn)行混合增材制造?!?/span>

Vanmunster表示,將這項(xiàng)技術(shù)整合到現(xiàn)有的金屬3D打印機(jī)中需要與制造商本身合作,但最終可能會(huì)使其進(jìn)入市場(chǎng)。Vanmunster說(shuō):“從一開始,我們就在3DSystems-LayerWise的商用LPBF機(jī)器中實(shí)現(xiàn)了雙激光設(shè)置。我們已經(jīng)與他們的工程師合作,共同實(shí)施了所需的所有硬件和軟件修改。這是通過(guò)在佛蘭芒政府資助的大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的框架內(nèi)修改3DSystems DMP ProX320機(jī)器來(lái)完成的。因此,我們的研究對(duì)工業(yè)的吸收非常簡(jiǎn)單。自1990年我們?cè)隰斻氪髮W(xué)的增材制造團(tuán)隊(duì)成立以來(lái),這一直是我們的DNA?!?/span>

除了能夠在構(gòu)建過(guò)程中執(zhí)行平滑處理之外,與后處理技術(shù)相比,使用沖擊波還有其他好處。例如,機(jī)加工可能并不總是適合于平滑更復(fù)雜的3D打印零件。打印完成后進(jìn)行的基于激光的表面處理需要大量時(shí)間和勞動(dòng)密集型步驟:從機(jī)器上卸下零件,對(duì)其進(jìn)行夾緊,對(duì)激光進(jìn)行平滑處理以及將其松開。所有這些都會(huì)導(dǎo)致大量的額外費(fèi)用。 雙重激光裝置的優(yōu)勢(shì)在于它可以在原位進(jìn)行加工,這意味著不需要人工和重新夾緊。

接下來(lái),Vanmunster希望將其技術(shù)應(yīng)用于更復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象,以便證明其在工業(yè)產(chǎn)品中的實(shí)用性。 為此,他在領(lǐng)導(dǎo)AM團(tuán)隊(duì)的Van Hooreweder教授的指導(dǎo)下加入了大學(xué)的AM團(tuán)隊(duì),擔(dān)任博士研究員。Vanmunster說(shuō):“我們將與許多工業(yè)合作伙伴共同啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目,在其中我們將進(jìn)一步探索新型雙激光系統(tǒng)的可能性?!?/span>


來(lái)源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/xin3Ddayinjishu/39903.html

   
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