雙激光技術使金屬3D打印粗糙度降低80％

        中國3D打印網12月25日訊，KU Leuven的學生Lars Vanmunster開發了一種工藝，可以改進使用激光粉末床熔合（LPBF）進行3D打印的金屬零件的表面光潔度。該技術依賴于第二個脈沖激光的應用，可將粗糙度降低80％。該項目的作用之大，以至于授予Vanmunster的工作獎項。
由于在打印過程中粉末顆粒的飛濺，零件上會形成小的隆起，導致粗糙的表面。反過來，必須從打印機上取下部件，并使用諸如打磨和拋光之類的技術進行精加工。盡管在某些情況下（例如整形外科植入物），粗糙的表面可能是有益的，但對于大多數零件，在打印時必須進一步加工以滿足最終規格的情況并非如此。這種后處理非常耗時且成本高昂，在某些情況下，可能成為決定是否使用給定組件使用3D打印的決定的因素。
已經開發出多種方法來解決在構建過程中金屬零件的表面光潔度。這些包括機械加工，激光燒蝕和蝕刻，電化學加工等。這些方法引起的問題之一是會干擾構建過程的金屬芯片的形成。Vanmunster及其同事在他的研究中遇到了一個想法，該想法通常是以前LPBF研究的一個問題。在使用脈沖激光進行3D打印零件實驗時，它遇到了沖擊波干擾部件的不幸副作用。但是，在其他領域，例如激光沖擊噴丸和箔成型，來自激光器的沖擊波實際上可以具有實際應用。
過程的可視化。圖片由KU Leuven提供。
Vanmunster當時是魯汶大學機械工程，制造過程和系統系的碩士研究生，他與同事們共同努力，并考慮將脈沖激光的沖擊波用作改善表面質量的一種手段。通過將3D Systems ProX DMP 320A與500W激光器配合使用，并使用第二納秒級的fiber光纖激光器，他們開發了一種雙重激光方法，可在打印過程中自動執行表面精加工。當第一個能量源用于打印零件時，第二個脈沖激光通過向該區域發送微小的沖擊波來去除殘留的粉末。這會導致未燒結的粉末在一次激光重新熔化外表面之前被吹走。
重熔過程之前（上方）和之后（下方）的印刷零件和橫截面。表面更加光滑，消除了階梯效應。圖片由KU Leuven提供。
此過程最多可以減少80％的表面粗糙度，從而減少后處理工作量和整體零件成本。 Vanmunster的論文獲得了佛蘭德工程師協會的“ IE NET碩士論文獎”。當被問及從何處激發該工藝的靈感時，Vanmunster說：“雙激光裝置是幾年前在魯汶大學的增材制造研究小組開發的。 AM團隊通過對這種新穎的雙激光裝置進行了深入的測試和實驗，發現了通過脈沖激光的沖擊波選擇性去除粉末的現象。我的研究集中在使用Jitka Metelkova的博士學位研究的背景下，使用這種設置來減少表面粗糙度，他正在使用該機器進行混合增材制造。”

Vanmunster表示，將這項技術整合到現有的金屬3D打印機中需要與制造商本身合作，但最終可能會使其進入市場。Vanmunster說：“從一開始，我們就在3DSystems-LayerWise的商用LPBF機器中實現了雙激光設置。我們已經與他們的工程師合作，共同實施了所需的所有硬件和軟件修改。這是通過在佛蘭芒政府資助的大型基礎設施項目的框架內修改3DSystems DMP ProX320機器來完成的。因此，我們的研究對工業的吸收非常簡單。自1990年我們在魯汶大學的增材制造團隊成立以來，這一直是我們的DNA。”

除了能夠在構建過程中執行平滑處理之外，與后處理技術相比，使用沖擊波還有其他好處。例如，機加工可能并不總是適合于平滑更復雜的3D打印零件。打印完成后進行的基于激光的表面處理需要大量時間和勞動密集型步驟：從機器上卸下零件，對其進行夾緊，對激光進行平滑處理以及將其松開。所有這些都會導致大量的額外費用。 雙重激光裝置的優勢在于它可以在原位進行加工，這意味著不需要人工和重新夾緊。
接下來，Vanmunster希望將其技術應用于更復雜的現實世界對象，以便證明其在工業產品中的實用性。 為此，他在領導AM團隊的Van Hooreweder教授的指導下加入了大學的AM團隊，擔任博士研究員。Vanmunster說：“我們將與許多工業合作伙伴共同啟動一個新項目，在其中我們將進一步探索新型雙激光系統的可能性。”