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內層載粉氣體對于激光3D打印加工制造的重要性

來源:杰呈3D打印 發布時間:2020-06-19 14:59:45 瀏覽次數:0
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由于粉末依靠內層載粉氣體承載和運輸,所以內層載粉氣體的流量決定了粉末的初速度,當粉末速度過快時,打到基底之后的反彈速度也會變快,不利于制造過程。觀察圖像,根據粉末流形態,可以將粉末流分為三個區域,分別是匯聚區,焦點區和發散區。匯聚區是從噴嘴出口處到焦點區的區域。粉末流在匯聚區逐漸匯聚,粉末流直徑從同出粉口相當的18mm逐漸縮小至3mm~6mm。在這一區域可以觀察到外層輔助氣體的作用非常明顯,相互之間的對比可以發現,當內層輔助氣體流量保持不變時,外層載粉氣體流量越大,則粉末降落時的角度越接近激光噴嘴的出粉口角度。

焦點區是粉末流匯聚焦點附近的區域,是粉末流最為匯聚的區域。一般認為焦點區是最適合于加工的區域。在進行研究時,眾多學者把焦點區粉末流的最小直徑當作粉末流“粗細”的評價標準,將焦點區在激光束方向的長度當作粉末流適合同軸送粉激光3D制造的長度。焦點區可以明顯的觀察到內層載粉氣體具有明顯的作用,由于內層載粉氣體被外層輔助氣體包裹著,當內層載粉氣體流量增加時,其突破外層輔助氣體拘束的趨勢就越明顯,二者相互作用的結果是使焦點區下移、粉末流最小直徑增加。

發散區是焦點區下方的區域。這個區域也是爭議較大的一個區域,因為在實際的加工過程中,這個區域會被試樣的基板擋住,粉末并不會如圖中所展示的一樣自由下落發散,制造過程中粉末流會由于基板的反彈和阻擋向四周擴散。在拍攝到的圖像中可以觀察到,內外兩層的氣體流量對發散區的粉末流直徑都有影響,其中內層載粉氣體影響最大。

由于沉積層成形特征法基于實際的同軸粉末激光3D打印實體試樣成形,以測得的沉積層成形高度為評判標準,以試樣表面形貌質量為輔助評價標準。所以在試驗時,在試樣中間穩定區域等距離取三個參考截面,通過線切割、打磨、拋光、測量高度、取平均值的方式獲得試樣的平均高度值。

制造實體試樣時,采用單道逐層累積的方法。這樣試樣的寬度就是每一層沉積層能融化粉末的寬度,試樣高度代表著所有沉積層的高度累加起來的總高度。這樣既可以單獨分析每一層的高度極其穩定性,也可以分析整體的高度得到試樣的宏觀信息。


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