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长三角G60激光联盟导读
【激光粉末床熔合增材制造中表面纹理与内部缺陷的相关性】据悉 ， 本研究旨在研究激光束粉末床熔合（LB-PBF）零件的表面纹理与内部缺陷或密度之间的相关性 。
摘要
在金属增材制造技术的实施过程中 ， 现场监控和反馈控制系统的可用性确保了高质量的成品零件的制造 。 本研究旨在研究激光束粉末床熔合（LB-PBF）零件的表面纹理与内部缺陷或密度之间的相关性 。 在本研究中 ， 通过将LB-PBF工艺应用于In 718镍合金粉末 ， 制备了120个立方试样 。 根据ISO 25178–2标准 ， 确定了制造样品的密度和35个表面纹理参数 。 使用统计方法 ， 观察到区域表面纹理参数与试样内的密度或内部缺陷之间存在很强的相关性 。 对这些区域表面纹理参数的现场监测可以有助于将其用作反馈系统中的控制变量 。
介绍
金属增材制造（AM） ， 尤其是粉末床熔合（PBF） ， 被认为是创造具有精致材料性能和复杂结构的新材料的重要过程 。 该工艺涉及使用激光或电子束作为热源 。 然而 ， 人们对使用PBF工艺获得的成品零件的质量提出了一些担忧 。 这些问题涉及到成品零件中出现气孔和未熔合等缺陷 ， 以及由于PBF工艺固有的特性导致加工过程中表面粗糙度的增加 。 因此 ， 发现PBF制造零件的机械性能和表面粗糙度低于锻造材料 。 因此 ， 为了尽量减少PBF加工过程中缺陷的发生并确保成品零件的高质量 ， 开发了监控和反馈控制系统 。
使用传统的制造技术 ， 如粉末冶金、轧制、焊接、化学气相沉积和扩散连接 ， 很难制造具有复杂几何形状和不同材料类型或成分可控分布的多材料结构 。 增材制造(AM)可以基于逐层原理提供高设计自由度和制造复杂零件的灵活性 ， 能够精确控制材料的空间分布 ， 因此在多材料结构的设计和制造中具有很大的潜力 。 与传统制造技术相比 ， 多材料加工技术为几何形状复杂的多材料零件的制造提供了一种更加可靠的方法 ， 降低了制造成本 。 特别是 ， 这一过程引入了更高层次的设计自由 ， 能够控制复杂的三维空间内材料分布的方向性和多样性 。 因此 ， 多材料AM可以实现“在正确的位置打印正确的材料”和“为独特的功能打印独特的结构” 。
标准L-PBF系统的示意图 。
与成品零件质量相关的要求包括满足标准化机械性能要求、表面粗糙度标准和精度 。 这些特性受到激光辐射引起的熔化和凝固现象的影响 。 因此 ， 熔化和凝固过程中出现的内部缺陷和表面粗糙度不一致被认为会影响成品零件的质量 。 工艺参数对内部缺陷和/或成品密度的影响经常被报道 。 因此 ， 激光功率、扫描速度、阴影间距和层厚度被确定为LB-PBF-LB工艺参数的基本参数 。 激光功率和扫描速度过程图用于确定最佳过程参数 。
在金属增材制造工艺中 ， 粉末床熔融（PBF）是经济影响最大的工艺 ， 也是许多研究的主题 。 两种最常见的PBF工艺是激光PBF（LPBF）和电子束PBF（EBPBF） 。 LPBF ， 也称为选择性激光熔化 ， 是在惰性气体环境中将激光光栅化在细粉床表面 ， 导致选定区域熔化和融合的过程 。 通过铺设和融合连续层可以形成复杂的三维零件 。 EBPBF基于与LPBF相同的原理 ， 但源是电子束而不是激光 ， 并且腔室处于真空状态 。 对于EBPBF ， 每一层都由散焦光束烧结 ， 以防止烟雾并实现接近完全致密的零件 。 12LPBF和EBPBF是用于制造本研究所用样品的过程 。
样品图片：（a）Al-Si-10Mg ， （b）Ti-6Al-4V LPBF立方体和（c）Ti-6Al-4V EBPBF矩形棱镜 。
Ti-6Al-4V具有良好的强度重量比 ， 高抗疲劳和耐腐蚀性以及高温性能 ， 导致许多航空航天应用 。 31Ti-6Al-4V还具有生物相容性 ， 使其成为生物医学应用的理想选择 。 与其他合金相比 ， Al-Si-10Mg还具有良好的强度 ， 耐腐蚀性 ， 低密度和高导热性 ， 并且经常出现在航空航天和汽车部件以及功能原型中 。
