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蓝色激光定向能量沉积—实现最高相对密度99.6%的纯铜AM( 二 )



图4所示：3个10 × 10 × 10 mm样品的典型扫描电镜图像 。

图5所示：在三个10 × 10 × 10 mm样品的纵向截面上获得的EBSD IPF-Y晶体学取向图和相应的IPF热图 。 结果表明 ， 样品中主要含有平行于构建方向的粗柱状晶粒 ， 靠近基体处有1 ~ 2 mm厚的细尺度等轴晶粒层 。 从样品底部移动 ， 等轴晶粒迅速转变为柱状形态并变得更拉长 。 此外 ， 在构建方向上 ， 晶粒之间晶体取向的多样性减少 ， 表明样品的织构程度增加 。 在这项工作中 ， 使用均匀分布(MUD)的倍数来量化纹理的程度 ， 也称为随机次数 。 通常 ， MUD值在5到10之间被认为是中等纹理 ， >10被认为是强纹理 。 样品1表现出温和到中等质地 ， 倍随机值(MUD)略高于5 。 样品2和3表现出相似数量的宏观孔隙 ， 但纹理程度显著不同 。 样品2的MUD值低于4 ， 属于轻度纹理 ， 而样品3的MUD值接近8 ， 属于中等至边缘强纹理 。 大面积的IPF-Y图还直观地详细说明了样品2与样品1和3相比具有最大的颜色多样性(例如晶体取向) 。 相反 ， 与样品1或样品2相比 ， 样品3在柱状晶粒区域顶部表现出更多的纹理 。 在样品1中几乎没有观察到宏观孔隙 ， 这与它在全密度附近的测量结果一致 ， 而在密度较小的样品2和3的顶部附近可以看到孔隙 。 20 × 20 × 20毫米的立方体由于铜的高导热性 ， 在试图保留高密度部分的同时显著增加构建体积是更具有挑战性的 。 采用相同的建造参数制作了一个20 × 20 × 20 mm的样品 ， 比较了部件体积对建造质量的影响 。 如图6所示 ， 与图3所示的小样本相比 ， 20 × 20 × 20 mm的立方体在所有表面上都明显粗糙 。 这些都是熔化和融合不足的明显迹象 。 阿基米德测量显示 ， 相对密度从10 × 10 × 10 mm样品的99.6%下降到当前20 × 20 × 20 mm样品的94.1% 。 尽管如此 ， 样品的立方几何被很好地保存了下来 。

图6所示：用蓝色激光建造的20 × 20 × 20毫米铜立方体的示例 。 用阿基米德法测得相对密度为94.1% 。

图7所示：扫描电镜图像显示了20 × 20 × 20 mm样品的特征微观结构 。

【蓝色激光定向能量沉积—实现最高相对密度99.6%的纯铜AM】图8为20 × 20 × 20 mm试样纵向截面上获得的EBSD IPF图及相应的IPF图 。 与10× 10 × 10 mm样品由两个不同晶粒形态的区域组成不同 ， 当前样品中几乎所有的晶粒都是柱状的 。 在体积增加后 ， 构建中的整体纹理显著减少 ， 这可以通过降低53%的MUD值和图中颜色多样性的显著增加来证明 。 此外 ， 主要纹理已经从Y-001纹理转移到Z-101纹理 。 正如预期的那样 ， 增加难以AM材料的构建量 ， 观察到的宏观孔隙量显著增加 。 这些缺陷的存在反映了在增材制造中使用和扩大高导热材料AM的挑战 。 值得注意的是 ， 与实际尺寸相比 ， 5个大的球形未索引区域(黑色像素)被夸大了 ， 这是由于在扫描电镜室中表征时 ， 困在这些孔隙中的液体被拉到表面 。 3. 总结与结论目前的研究已经证明 ， 利用蓝色激光在低能量密度和高几何精度下工作 ， 送粉DED可以很容易地生产出与使用近红外激光在高能量密度下制造的体积相同的近全密度纯铜部件 。 通过对不同条件下构件的分析 ， 得出以下结论:?增加激光功率被发现是有效的密度改善 ， 但消极的结果在更高程度的纹理和晶粒柱状构建 。 ?而增加扫描重叠量则有利于减小晶粒的织构和柱状度 ， 同时提高部件密度 。 ?在相同的构建参数下 ， 将构建体积从标准的1000 mm3增加到8000 mm3 ， 可以降低密度 ， 但改善纹理和晶粒均匀性 ， 假设这是由于建造更大体积时所经历的显著增加的散热造成的 。 ?将使激光AM出更大体积 ， 完全致密的铜部件或其他低蓝光反射金属成为可能 ， 或减少纹理和不均匀的晶粒形态 ， 预计将研究生产更小光斑尺寸(< 1 mm)的更高功率的蓝色激光器(> 600 W) 。 文章来源:https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.11.064

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