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深度解读激光增材制造中的过程监控

编辑:快三平台 来源:快三平台 创发布时间:2021-01-25阅读62376次
  

快三平台注册_基于技术的激光增材生产(LAM)设备有粉末床和粉末状两种。最近业界的很多关注集中在后者身上,本文讨论的也主要是后者。图1显示了标准化粉末床系统的原理示意图。演示了在该系统的整个工作区中使用刮刀展开平面粉末的步骤。

可以在配置平台上制作粉末床。整个过程在能够控制内部环境的整形维护室内进行。激光能量传输到粉末床的表面,引起粉末的部分熔化和融合,使该地区的金属粉末烧结。

一般来说,每个激光扫描都是熔融的、新凝结的多层粉末,粉末层的厚度一般为20 ~ 150m。在每个激光太阳光后,将额外的粉末从工作区刮下来,然后重复上述过程,直到形成坚固的三维(3D)部件。

每个“构建”过程包含数千个层,每个操作需要数十到数百个小时。每个配置可以分解数十个相同或不同的部件。由于金属增材生产过程中连续熔化和缓慢凝结,零件经历了与定向传热相关的简单热演化过程。一些主要用于航空航天和医疗/牙科的合金部件可能会遇到反复出现的固体热力学。

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这些因素分析成品的显微结构属性,使其更容易用于比较传统方式生产的零部件。(威廉莎士比亚、温斯顿、科学)由于频率高的定向热提取,晶粒结构在Z轴方向(垂直配置平台)上不呈圆形,据说“在增材生产中,各处的微观结构和力学性能一般都是圆形各向异性,Z轴方向一般最强”。激光选择熔化(SLM)工艺的典型遗漏还包括显微镜纹理和相邻层之间的融合。

航空航天应用特别注意到,由于附近零部件表面的缝隙引起的疲劳裂纹,表面光洁度不会影响疲劳寿命。综合这些问题,特别是对结构起重要作用的零部件广泛应用增材生产技术的根本课题是如何检验成品的合格性及其合格性。

最近一些关于增材生产的报道呼吁利用在线闭环过程控制及传感器,确保增材生产的质量、一致性及再现性。总体目标是在空间分辨率高于1mm2的情况下建立无缝的分层质量评价。这可以减少通常在构建后进行的测试或破坏测试。

主要航空航天制造商也反对在线监测。GE航空发动机公司的材料生产业务拓展董事GregMorris先生表示:“目前,材料生产发动机零部件所需的时间中,有25%被用作后验工艺。”在构建过程中,将动态展开在线测试,从而减慢LEAP燃料燃烧室等增材生产引擎部件的生产速度。

“通过监测设备及工艺的多元化过程来解决问题的主要问题是增资生产设备或激光与材料的相互作用的多变性。这是因为它不会反过来妨碍金属的微观结构或宏观力学性能。(阿尔伯特爱因斯坦,Northern Exposure(美国电视连续剧),)此外,环境因素,包括建筑平台和整形维持室的温度、维持室的氧气浓度、惰性气体通过粉末表面的速度,对过程转换和遗漏的构成没有影响。在每次激光扫描过程中,激光功率、焦距和z轴方向的功率密度变化是需要材料热偏差的潜在波动的核心参数。

粒子的粒子和形状不影响各层粉末融合状态,而是影响激光增材生产零件的表面质量和密度。主要操作参数还包括扫描速度和扫描间隔(x-y)。今天的振镜扫描仪在这方面足够柔软,再现性强。

各层的组成或“轻涂层”过程也需要在薄层的均匀分布和各层的重复性方面保持高度的一致性。最后,零件的几何图形不会影响传热过程。 材料的挂钩部分与尖锐边缘部分的传热不同,不会引起变形变形和孔洞、针孔或显微镜裂纹。

SLMSolutionsNA负责北美运营的副总裁JimFendrick表示:“部分热状态要求整个过程,几何也相关。”质量保证方法由于影响材料累积热暴露的参数很多,因此在增材生产设备中建立动态质量保证(QA)的方法分为三类:传感器监测和设备状态的各个方面。粉末床表面或薄缺/点评价技术;激光和材料的小相互作用区域或“熔池”所需的检测。

SLMSolutions(德国Lubeck)、ConceptLaser和EOS(德国Krailling)等主要赠款生产系统供应商利用模块化硬件和软件来应对这些挑战。EOS将模块命名为“EOSTATE”,ConceptLaser将模块命名为“QM”(质量管理)模块。

SLMSolutions最近的系统至少可以包含6个模块,每个模块都是根据自己的功能命名的。设备状态的检测是商业化的增材生产设备构建“过程监控”的第一个方面。

第一步是控制整形维持室内部的状态。监测、管理和加载惰性环境的温度和分解氧气含量、搭建平台的温度、系统的气体净化过滤器的压差。

ConceptLaser的QMatmosphere模块可调节整形维持室的氧气浓度,而EOS的EOSTATEBase模块可同时监控多个整形维持室和其他设备的状态。SLMSolutions的Sensors模块可以监控整个设备范围内多个方向的温度、过滤器状态、整形维护室内的氧气浓度,并以2秒的间隔将此数据输入到计算机中。:快三平台注册。

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