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专题解密:最优激光工艺(下篇)

  2020年05月09日  

最优激光工艺
(下篇)

  我们在上一篇里为大家介绍了为了确保增材制造加工成功,针对待熔合金的具体特性来选择工艺参数的要点。那今天就来分析加工过程对零件几何形状变化的灵敏性,这也是我们针对具体应用选择特定参数的原因。

固化与微观结构

  许多合金很复杂,可能在不同的温度和构成下以多相形式存在,因此不会一次全部固化,而且通常也不会在焊道内均匀固化。在容易散热的位置冷却速度非常快,并且大部分热量会从熔池中传导到周围的固态金属中。而相对较少的热量会散发到附近的未熔融粉末中, 或者通过辐射散发到加工舱中。

图1:冷却的树枝晶体在“糊状”区域发生应变,产生固化裂纹。

最优激光工艺

  因此,我们决定计算出一种理想的速度和功率组合,以形成深度、宽度和持续时间最优的熔池。也就是说,以最优能量加工零件。找到正确的组合,即可降低孔隙率,形成满足材料特性和生产力要求的微观结构。一种办法是计算“能量密度”,即施加到单位体积材料上的能量。能量密度恒定时,激光功率和扫描速度成反比。因此,在P-V坐标系中,能量密度轮廓线从原点辐射,同时密度与轮廓线的梯度相关。

图2:X即为这种材料的最佳加工点。

  针对所选择的材料和层厚,存在一个最佳能量密度,这个密度能够实现最高的加工效率和最准确的微观结构。在选择工艺参数时,我们希望在增材制造设备的激光和聚焦光学组件的能力范围内,尽可能远离边界避免冒险进入球化区间。
   从而实现最优的材料特性和生产力。在图2中,“X”即为最佳加工点。

图3:层厚与操作窗口大小成反比。

厚层

  显然,粉末层越厚就要求激光能量渗透更深,才能确保与下方的金属层完全融合。为了获得最优的能量输入以完全熔融材料, 随着层厚增加,必须相应增加每层的能量输入。如此一来,能量密度轮廓线变得更加陡峭。

  除此之外,几何形状也会对余留热量产生影响。

图4a: 几何形状对余留热量的影响。                   图4b: 余留热量使操作窗口变窄。

  我们通常在这些区域运用截然不同的参数。因此, 即使标称参数集中也包含针对零件不同区域的多种设置和扫描策略。为确保零件的所有区域都达到最优质量, 需要开发更多应用特定参数。务必在增材制造设备的能力范围内确定一个宽操作窗口,并在窗口中间找到最优加工点,而且这个点的安全余量应能够适应各种局部熔融条件。

标签:雷尼绍 Renishaw我要反馈
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