長三角G60雷射聯盟導讀
墨西哥國家增材和數字制造實驗室（MADiT）、墨西哥國立自治大學及墨西哥蒙特雷理工大學的科研人員報道了工藝參數對金屬LPBF工藝制造零件的粗糙度和拉伸性能的影響的研究。相關研究成果以“Effect of process parameters on the roughness and tensile behavior of parts manufactured by the metals LPBF process”為題發表在《Engineering Reports》上。
金屬雷射粉末床熔融工藝（LPBF-M）會産生随機的表面特征，這些表面特征會極大地影響部件與其周圍環境的互相作用以及部件的機械性能。工藝參數會影響表面品質，而表面品質是通過表面粗糙度來量化的。是以，在制造過程中定制表面粗糙度可大大有助于獲得即用型零件，減少對大量表面後處理的需求。本文利用等線性能量密度、等功率和等溫度制造技術參數條件下熔池深度的理論估算。然後将這些估算結果與直立試件的表面粗糙度和拉伸強度的實驗評估結果進行比較，以提取輸入能量與粗糙度以及輸入能量與拉伸行為之間的趨勢。結果表明，由于預期的熔池深度一緻，等能量值産生了相似的粗糙度。此外，熔池深度增加會産生更高的表面粗糙度，而較小的熔池尺寸則會改善粗糙度。此外，熔池尺寸與拉伸測試性能之間的比較顯示，對于估計熔池深度較小的試樣，拉伸強度會受到不利影響。
圖1：根據ASTM E8 标準制備的平面試樣；幾何特性、輪廓政策和垂直表面粗糙度表征政策。
圖2:熔池形狀圖。關于LED穿過層厚的理論尺寸和疊加軌迹的交叉點。
圖3:根據等LED、等溫度和等功率條件選擇雷射功率和掃描速度。
圖4:每批産品的表面粗糙度和熔池深度結果。
圖5:根據LED條件得出的輪廓測量結果。
圖6:每批次的拉伸結果。
圖7:所有批次的斷裂面和截面縮小。
本研究考察了通過改變雷射功率和掃描速度實作的不同LED條件，以評估它們對表面粗糙度和拉伸行為的影響。結果表明，使用相同LED制造的批次的算術平均粗糙度(Ra)相似，并且随着LED的增加而呈上升趨勢。LED 條件的變化可通過掃描速度改變表面和拉伸行為。在拉伸性能方面，熔池的形狀決定了性能。
實驗設定表明，按照制造商推薦的掃描速度和雷射功率組合，産生0.25J/mm 的線性能量密度(LED)，為複制結果提供了最穩定的條件。然而，在相同的LED下，使用較低的雷射功率（200W和300W）可以獲得較低的表面粗糙度和較高的應變、拉伸強度和伸長率。相反，将雷射功率提高到400W會導緻估計溫度升高，應變和結果一緻性降低。要評估這些發現的可推廣性，必須對其他合金進行進一步研究。
論文連結：
https://doi.org/10.1002/eng2.12904
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