１．２． L-PBF打印GRCop-84的前期研究
与其他方法相比 ， 采用L-PBF的金属AM方法更受青睐 ， 因为其固结材料的密度接近于单位 ， 快速熔化和冷却可提高机械性能 ， 且具有较高的尺寸精度和精度 。 期间L-PBF一层薄薄的金属粉分散在一个构建板块和融化的高能量密度激光在选定地区惰性气氛中以防止氧化随后降低构建平台一个新图层的权力是分散的融化到较低的层如图4所示 。
图4 AM坐标系 ， 建立L-PBF印刷的版面布局 。 构建板在负Z方向缩回 ， 而层在XY平面上巩固 。 粉末涂布机叶片沿氩气流动方向扫掠 。 分辨率测试品包括轴线与打印的Z轴对齐的垂直孔(a)和轴线铺设在XY平面上的水平孔(b) 。
这个过程重复进行 ， 直到完成所需的组件 。 激光功率、扫描速度、舱口间距和层厚是典型的工艺参数 。 由于激光功率低、扫描速度过快或扫描层厚度过大 ， 导致粉末层加热不足 ， 导致熔池球化 ， 对底层熔入很少或没有熔入 ， 而激光功率过大或扫描速度过慢 ， 导致材料蒸发 。 由于相邻的空隙不能融合在一起 ， 所以宽的空隙间距会产生孔隙度 。 由于粉末污染或建造室中的氧气引起的过度氧化也可能通过抑制底层的润湿而导致熔池球化 。
扫描策略对层连接的影响 。
虽然分层高度依赖于扫描策略(上图) ， 但在松散粉末上建立 ， 形成悬垂表面 ， 也可能导致分层、屈曲和细胞结构翘曲 。 这是因为与之前熔化的粉末和体积导电性相比 ， 导热传热量显著减少 。
由于相邻粉末粒子的多次散射事件 ， 粉末能够有效吸收1060-1070 nm范围内的近红外激光 ， 所需的功率比熔化固结材料所需的功率更低 ， 从而允许使用Nd:YAG光纤激光器进行能量沉积 。 较大粒度的粉末导致分辨率较差 ， 而较小粒度的粉末更容易团聚在一起 ， 导致粉末输送机构中流动不良 。 均匀光束比等效功率高斯光束获得更宽的熔体池 。 采用扇形填充扫描模式 ， 将相邻方格以棋盘状方式熔化 ， 降低了L-PBF过程中快速加热和冷却所引起的残余应力 。 大多数L-PBF的文献都是关于钛合金和钢的 ， 但GRCop-84的AM已被开发用于火箭发动机的高热流通量燃烧室 。
grco -84的L-PBF打印技术由NASA马歇尔航天飞行中心(MSFC)、Quadrus公司(在2020年5月之前正式为ASRC联邦航天有限责任公司)和特殊航空航天服务公司(SAS)开发 。 GRCop-84打印在维斯瑟精密特种航空航天服务(SAS)的EOS M290上 ， 而美国宇航局马歇尔空间飞行中心使用的是具有以下设置的概念激光M2：
激光功率:180w
激光扫描速度:600mm /s
层厚:30 μ m
舱口宽度:105μm
当悬垂角度小于Z轴的45°时 ， 冷却通道的下垂被最小化 。 微型计算机断层扫描(μCT)扫描测量空洞内作为打印GRCop-84;99%的孔隙度位于地表以下100 μm处 ， 集中在壳周扫描和填充孔图案之间的重叠处 。 散体材料 ， 不包括面层 ， 密度为99.9% ， 不需要HIPing达到全密度 。 更快的激光扫描速度增加了l - pbfgrcop -84体的孔隙率;HIPing降低孔隙度 。 LPBF印刷件外表面的粗糙部分是由于未熔化或部分熔化的粉末颗粒粘附在表面 。
1．3. L-PBF几何基准和表面测量
L-PBF打印的优化需要两类分析:测试特定AM机器类型、工艺或参数设置的几何基准的生产 ， 以及随后使用表面计量技术对生产的几何基准进行分析 ， 以便与指定的CAD设计进行比较 。 几何基准和测试品评估尺寸精度 ， 批对批再现性 ， 表面粗糙度 ， 和最小特征尺寸的AM零件 。
插图A SLM A1Si10Mg零件的多尺度SEM显微图(如成品) 。
插图B EBM Ti6AL4V零件的SEM显微图(如图所示) 。 (a) 45-100 μm粉末、70 μm层厚度搭建 ， (b) 45-100 μm粉末、50 μm层厚度搭建 ， (c) 25-45 μm粉末、70 μm层厚度搭建 ， (d) 25-45 μm粉末、50 μm层厚度搭建 。
可以看出 ， 大多数被研究的金属基AM过程是PBF系统 。 图A、图B显示了两种最常见的PBF工艺所生成的典型金属构件的成型表面:选择性激光熔化(SLM ， 见图A)和电子束熔化(EBM ， 见图B) 。 很明显 ， 在不同的观察尺度下 ， 存在着高度的不规则性 。 粉末颗粒的尺寸和几何形状影响了制备层的织构 ， 在扫描电子显微镜(SEM)显微照片中可以清楚地看到部分熔化的颗粒 。 许多仪器可以配置来测量各种感兴趣尺度的表面 ， 例如变焦仪可以选择物镜 ， 放大率从×2.5到×100不等 。 这些SEM显微照片说明了选择适当的兴趣尺度、测量仪器和配置以及适当的表面纹理参数和过滤所面临的挑战 。
表面纹理测量方法匹配测量技术与几何基准上AM特征分析的比较 。 AM允许创建复杂的几何图形;选择合适的表面测量技术 ， 如果对表面轮廓特征和几何形状的正确验证至关重要 。 表面计量被分解成表面形貌的组成部分:一个表面的完整几何描述 。 AM表面的宏观形状或形式是“按设计”的功能特征 ， 不包括包含表面纹理的小尺度特征 ， 如波纹或粗糙度 。 表面纹理被定义为表面上的几何不规则性 ， 不影响表面
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