洞悉有關LPBF多激光縫合驗證和性能的事實
縫合，是多激光加工3D打印大型零件時增材拼圖的關鍵部分。雖然從機械性能的角度來看，將材料的不同部分“縫合”在一起的概念似乎令人生畏，但只要LPBF多激光3D打印機器制造商可以提供正確的機械數據以顯示零件的性能，就無需擔心。本期，通過GE增材制造 工藝和材料工程師 Kevin Menger 和 GE增材制造高級工程師 Benedikt Roidl 博士來洞悉與理解如何通過正確的準備和專業知識來預測，避免和減輕多激光縫合有關的任何問題。
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提高生產力，加工大尺寸零件
縫合可以追溯到熔池的聯鎖，這現在是一種過時的策略。當查看兩個熔池如何在兩個激光相遇的點相遇時，看起來這些部分就像縫合線一樣縫合在一起。縫合零件有兩個原因。第一個是為了提高生產力，第二個是為了實現大尺寸，在單個激光器的構建區域之外構建大型增材部件。
在生產力方面，如果想快速構建零件，可以使用多個激光器來減少零件的構建時間。當使用多個激光器時，會在激光器相遇的區域進行縫合，以提高零件的機械性能。還可以通過良好的氣流進一步提高生產率——實現更有效的局部暴露區域——并了解煙灰在機器中的表現。
增材制造朝向更高的生產效率發展
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對于生產大型零件，如果構建板大于光場尺寸，則需要縫合。例如，GE增材制造的M系列的構建面積為 500 x 500 mm，但光學系統的視場大小為 400 x 400 mm。因此，在構建大型部件時，需要不止一個光學系統。因此，這會自動要求縫合零件。
影響縫合的因素
縫合并不難，只需讓兩臺或多臺激光器在同一個地方工作，但要做好縫合卻很困難。這是因為，從參數開發的角度來看，需要同時處理多個曝光元素。
一方面，基于大塊的加工區域，有一個重疊區域，所以縫合起來很簡單。同樣，激光器也不需要完美對齊。另一方面，當開始縫合輪廓（零件的外表面）時會變得很困難，因為需要在獲得高水平的表面光潔度與很少（或沒有亞表面孔隙率）之間取得平衡，以避免昂貴的后處理步驟。
輪廓區域中的縫合需要達到可接受的表面光潔度和亞表面性能水平。如果熔池未對準超過 50 微米，那么將遇到表面下孔隙率和局部表面光潔度不佳的問題。
如果沒有任何額外的控制機制，很難在構建過程中將光學系統保持在 50 微米以內。如果系統漂移超過此閾值，就會開始出現可能導致問題的表面不連續性，尤其是在零件的疲勞性能方面。
間接影響縫合質量的因素之一是氣流。如果過多的煙灰沉積在激光窗口上，并且沒有有效地將其輸送出處理室，則會導致熱透鏡效應。這會導致激光窗口升溫，從而導致焦平面偏移、激光失真和光學系統未對準。
另一個因素可能是刀片調平。因此，構建的設置方式會影響光學對準。需要設置刀片，使其與光學平面對齊。此外，機器的溫度和熱行為也會對光學對準產生很大影響。
解決挑戰
在GE的案例中，使用冷卻系統來控制對錯位的低熱影響。控制這一點很重要；否則，會有熱漂移例如，在重涂機、重涂機導軌、光學、工藝室中。
最后一個主要因素是初始光學系統校準。如果在使用前投入大量精力正確校準光學系統，那么在打印之前，機器中的校準基線將會穩定，即低于 50 微米的閾值。
重涂機與光學校準平面的對準很重要，因為光學器件被設置到一定高度，在該高度上對準是完美的。重新涂覆的刀片需要平行設置并與光學平面高度相同，以免出現錯位。例如，如果重涂機設置在高于光學平面的位置，則會導致光學系統之間的對齊間隙。此外，如果重涂機刀片相對于光學平面存在傾斜，則可能導致零件的一側具有完美的縫合，而另一側則充滿缺陷。
如果用戶能夠在機器初始設置期間正確設置重涂機刀片，并遵循提供的開發流程，則可以對縫合質量產生積極影響，并確保高構建之間的拼接一致性級別。
校準
良好縫合的最重要因素之一是初始校準。首先，需要校準各個光學元件及其光場，以便它們從單個激光角度指向正確的方向。
第二個校準步驟著眼于相關光學系統組合的校準，并確保每個系統與所有其他系統完美對齊。必須將這些相互作用置于一定的對齊閾值內，即前面提到的 50 微米閾值，這是獲得良好拼接結果的堅實基線。
隨著光學器件隨著時間的推移而漂移，需要每六個月重新校準一次。這是當前的指導方針，但由于目前正在調查中，因此可能會發生變化。在GE的案例中，還就可用的軟件對策以及軟件如何成為獲得良好拼接的關鍵向客戶提供建議。通過這些對策，可以達到 100 微米的閾值，并且仍然可以實現良好的拼接效果。
l 好的縫合
如果縫合良好，則幾乎看不到表面上的任何東西，包括任何表面不連續性或與熔化過程中材料的熱行為不同的顏色。
總的來說，如果零件的微觀結構是一致的，無論使用單個還是多個激光器，最終都會展示出一個好的針跡。從數據表的角度來看，如果零件的行為方式與單激光零件相同（在拉伸和疲勞特性方面），那么就有了一個縫合良好的零件。
l 縫合不好
任何與單激光曝光不同的地方都可以解釋為拼接不良。例如，如果有可見的輪廓末端從表面伸出，任何表面不連續性、次表面孔隙率，甚至是整體孔隙率——在極端情況下，不能歸因于單激光參數——那么縫合就很糟糕。在與光滑表面存在偏差的區域中，表面不連續性也會導致形成裂紋，具體取決于施加在其上的載荷，這對疲勞相關部件至關重要。
圖片：拼接不良（中心左側兩列）
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縫合方面的驗證
在 GE Additive 增材制造進行兩種類型的驗證：機器驗證和工藝驗證。
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為許多可能的場景設置了實驗設計 (DOE)，這些場景涉及不同構建板位置的縫合和非縫合零件。這樣，就有了所有可能影響 DOE 中縫合部分的可能輸入。這是在幾個構建和幾種材料上完成的，并使用試樣、棒和實際零件的子部分來測試材料特性。
GE還使用某些未對準來創建零件，以查看不同的未對準如何影響ct 零件質量。DOE 設置還允許在不使用對策的情況下查看每個零件的閾值，以便獲得與單個激光器在統計上相同的機械性能。然后，這使能夠了解機器錯位能力是什么，以便可以確保客戶獲得安全縫合的零件。
第二種類型的驗證是針對大型零件，在這些情況下，大型零件在 M Line 上以不同的配置和設置打印多次，然后進行熱處理和非熱處理分析。這使驗證人員能夠看到縫合區域在孔隙率和表面光潔度方面是否以令人滿意的方式在大部分水平上出現。
總體來說，雖然縫合可能是一個很難做好的過程，但通過正確的護理、協議和校準工作，并不像許多人想象的那么可怕。增材制造用戶確實需要確保LPBF基于粉末床的選區金屬熔融3D打印機器以最佳狀態運行，并每 3-6 個月進行一次校準，并且通過采用軟件對策，在光學系統對準時可以有更大的誤差范圍。
(責任編輯：admin)
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