长三角G60激光联盟导读
墨西哥国家增材和数字制造实验室（MADiT）、墨西哥国立自治大学及墨西哥蒙特雷理工大学的科研人员报道了工艺参数对金属LPBF工艺制造零件的粗糙度和拉伸性能的影响的研究。相关研究成果以“Effect of process parameters on the roughness and tensile behavior of parts manufactured by the metals LPBF process”为题发表在《Engineering Reports》上。
金属激光粉末床熔融工艺（LPBF-M）会产生随机的表面特征，这些表面特征会极大地影响部件与其周围环境的相互作用以及部件的机械性能。工艺参数会影响表面质量，而表面质量是通过表面粗糙度来量化的。因此，在制造过程中定制表面粗糙度可大大有助于获得即用型零件，减少对大量表面后处理的需求。本文利用等线性能量密度、等功率和等温度制造工艺参数条件下熔池深度的理论估算。然后将这些估算结果与直立试件的表面粗糙度和拉伸强度的实验评估结果进行比较，以提取输入能量与粗糙度以及输入能量与拉伸行为之间的趋势。结果表明，由于预期的熔池深度一致，等能量值产生了相似的粗糙度。此外，熔池深度增加会产生更高的表面粗糙度，而较小的熔池尺寸则会改善粗糙度。此外，熔池尺寸与拉伸测试性能之间的比较显示，对于估计熔池深度较小的试样，拉伸强度会受到不利影响。
图1：根据ASTM E8 标准制备的平面试样；几何特性、轮廓策略和垂直表面粗糙度表征策略。
图2:熔池形状图。关于LED穿过层厚的理论尺寸和叠加轨迹的交叉点。
图3:根据等LED、等温度和等功率条件选择激光功率和扫描速度。
图4:每批产品的表面粗糙度和熔池深度结果。
图5:根据LED条件得出的轮廓测量结果。
图6:每批次的拉伸结果。
图7:所有批次的断裂面和截面缩小。
本研究考察了通过改变激光功率和扫描速度实现的不同LED条件，以评估它们对表面粗糙度和拉伸行为的影响。结果表明，使用相同LED制造的批次的算术平均粗糙度(Ra)相似，并且随着LED的增加而呈上升趋势。LED 条件的变化可通过扫描速度改变表面和拉伸行为。在拉伸性能方面，熔池的形状决定了性能。
实验设置表明，按照制造商推荐的扫描速度和激光功率组合，产生0.25J/mm 的线性能量密度(LED)，为复制结果提供了最稳定的条件。然而，在相同的LED下，使用较低的激光功率（200W和300W）可以获得较低的表面粗糙度和较高的应变、拉伸强度和伸长率。相反，将激光功率提高到400W会导致估计温度升高，应变和结果一致性降低。要评估这些发现的可推广性，必须对其他合金进行进一步研究。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/eng2.12904
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