最優(yōu)激光工藝
（下篇）
我們在上一篇里為大家介紹了為了確保增材制造加工成功，針對待熔合金的具體特性來選擇工藝參數(shù)的要點。那今天就來分析加工過程對零件幾何形狀變化的靈敏性，這也是我們針對具體應(yīng)用選擇特定參數(shù)的原因。
固化與微觀結(jié)構(gòu)
許多合金很復(fù)雜，可能在不同的溫度和構(gòu)成下以多相形式存在，因此不會一次全部固化，而且通常也不會在焊道內(nèi)均勻固化。在容易散熱的位置冷卻速度非?？?，并且大部分熱量會從熔池中傳導(dǎo)到周圍的固態(tài)金屬中。而相對較少的熱量會散發(fā)到附近的未熔融粉末中， 或者通過輻射散發(fā)到加工艙中。
圖1：冷卻的樹枝晶體在“糊狀”區(qū)域發(fā)生應(yīng)變，產(chǎn)生固化裂紋。
最優(yōu)激光工藝
因此，我們決定計算出一種理想的速度和功率組合，以形成深度、寬度和持續(xù)時間最優(yōu)的熔池。也就是說，以最優(yōu)能量加工零件。找到正確的組合，即可降低孔隙率，形成滿足材料特性和生產(chǎn)力要求的微觀結(jié)構(gòu)。一種辦法是計算“能量密度”，即施加到單位體積材料上的能量。能量密度恒定時，激光功率和掃描速度成反比。因此，在P-V坐標系中，能量密度輪廓線從原點輻射，同時密度與輪廓線的梯度相關(guān)。
圖2：X即為這種材料的最佳加工點。
針對所選擇的材料和層厚，存在一個最佳能量密度，這個密度能夠?qū)崿F(xiàn)最高的加工效率和最準確的微觀結(jié)構(gòu)。在選擇工藝參數(shù)時，我們希望在增材制造設(shè)備的激光和聚焦光學(xué)組件的能力范圍內(nèi)，盡可能遠離邊界避免冒險進入球化區(qū)間。
從而實現(xiàn)最優(yōu)的材料特性和生產(chǎn)力。在圖2中，“X”即為最佳加工點。
圖3：層厚與操作窗口大小成反比。
厚層
顯然，粉末層越厚就要求激光能量滲透更深，才能確保與下方的金屬層完全融合。為了獲得最優(yōu)的能量輸入以完全熔融材料， 隨著層厚增加，必須相應(yīng)增加每層的能量輸入。如此一來，能量密度輪廓線變得更加陡峭。
除此之外，幾何形狀也會對余留熱量產(chǎn)生影響。
圖4a: 幾何形狀對余留熱量的影響。 圖4b: 余留熱量使操作窗口變窄。
我們通常在這些區(qū)域運用截然不同的參數(shù)。因此， 即使標稱參數(shù)集中也包含針對零件不同區(qū)域的多種設(shè)置和掃描策略。為確保零件的所有區(qū)域都達到最優(yōu)質(zhì)量， 需要開發(fā)更多應(yīng)用特定參數(shù)。務(wù)必在增材制造設(shè)備的能力范圍內(nèi)確定一個寬操作窗口，并在窗口中間找到最優(yōu)加工點，而且這個點的安全余量應(yīng)能夠適應(yīng)各種局部熔融條件。
（轉(zhuǎn)載）
