EOS：2024實現(xiàn)穩(wěn)定、一致的零部件特性白皮書

作嗇SarahBrandt,EOS金屬工藝工程師AlexanderFrey,EOS?屬?藝?程師實現(xiàn)穩(wěn)定、?致的零部件特性覆蓋整個成型區(qū)域本??書給出了以下問題的答案：多激光器增材制造系統(tǒng)?臨的挑戰(zhàn)是什么？激光偏轉(zhuǎn)的影響是什么？LCDS等新曝光策略如何解決這些挑戰(zhàn)？3471234712141634456778910111213EOSM300-4的激光掃描儀排布業(yè)的實驗環(huán)境圖4作業(yè)布局描述和斷裂伸?率結果（制造狀態(tài)，未經(jīng)熱處理）圖5左側是作業(yè)布局，右側是樣品顯微照?的?部分業(yè)的實驗環(huán)境圖7展?作業(yè)A和作業(yè)B圖8通過3D?度剖?以及曝光后的照??較與激光中?距離相同的兩個場區(qū)圖9析填充包的?法不同填充和條紋?向的橫截?圖圖11平均橫截?積結果的?較圖12激光中?依賴曝光策略LCDS的理論圖13激光器3：不同曝光策略的孔隙率?較3多激光器系統(tǒng)：?產(chǎn)效率與?致性?選?？還是兩者兼得？步?批量?產(chǎn)階段后，所有增材制造技術都在?臨全新挑戰(zhàn)。為成功實現(xiàn)向批量?產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，提升系統(tǒng)的?產(chǎn)效率勢代機器配備了更?的成型空間和多個激EOS?屬系統(tǒng)產(chǎn)品組合中的旗艦機型?可以充分利?整個300x300mm2成?的夾具系統(tǒng)也使后處理?作更加簡?限度地提??產(chǎn)率。每個激光器均可數(shù)或零部件定位如何，激光器都能發(fā)揮追求更短的成型時間、實現(xiàn)激光器全?覆蓋基板，以及平衡各激光器的曝光時間以充分發(fā)揮每臺激光器的性能，這些需求為?藝開發(fā)帶來了全新挑戰(zhàn)。?論零部件在成型基板上的位置如何，或者使?哪?臺激光器，確保零部件質(zhì)量穩(wěn)型空間x-y平?上的零部件質(zhì)量并確保將對其進?詳細介紹。4激光偏轉(zhuǎn)：3D打印的挑戰(zhàn)的中?均與四個掃描器正交投射到各?象限的激光束重合。為實現(xiàn)成型區(qū)域的全?覆蓋，掃描儀的潛在掃描范圍超出這種設置帶來了?作區(qū)域更?的挑戰(zhàn)，激光器L1的潛在范圍以虛線表?。圖3：使?EOSM300-4、EOSMaragingSteelMS1和50μm?藝打印測試作業(yè)的實驗環(huán)境。為了檢驗偏轉(zhuǎn)?對機械特性的影響，我們設計了?種作業(yè)布局，其中垂直拉伸試棒圍繞激光中?以同?圓?式排列。隨著每個圓的周?逐步增加，偏轉(zhuǎn)?也為避免?濺物污染尚未曝光的區(qū)域，我光圖案的條紋是沿著與流動?向相反的?向處理的，從?避免了污染。激光器1和3分別對這項作業(yè)（圖4）進?了5為確定偏轉(zhuǎn)的影響?進?的測試作業(yè)表器1樣品的機械特性基本保持穩(wěn)定。然?，激光器3的拉伸試棒顯?其抗拉強度和屈服強度有輕微下降。如圖4所?，斷裂伸?率受偏轉(zhuǎn)程度的影響尤為明顯。盡管樣品數(shù)量隨著與激光中?距離的增加?減少，從?降低了統(tǒng)計確定性，但我們?nèi)阅芸闯?個明顯斷裂伸?率A25與距離因?DistanceFactorDistanceFactor圖4：作業(yè)布局描述和斷裂伸?率結果（制造狀態(tài)，未經(jīng)熱處理）。FlowOptimizationFlowFlow在另?項檢查中，測定了在激光中?附近以及激光束最?偏轉(zhuǎn)處的零部件孔隙于存在未熔合孔隙?產(chǎn)?了缺陷。圖5：左側是作業(yè)布局，右側是樣品顯微照?的?部分。需要探究的是，究竟哪種現(xiàn)象或影響因素導致了激光器1和3的性能差異。我們將在下?節(jié)中對此進?更詳細地討論。67依賴位置的熔化?為圖6：使?EOSM300-4、EOSMaragingSteelMS1和50μm?藝打印測試作業(yè)的實驗環(huán)境。們對不同基板位置的熔化?為進?了深?檢查。測試系列的部分結果將在下?塊。在每個試驗塊的頂部，?組代表曝光圖案的填充包將熔化在最后?層。將不同填充和條紋?向組合的效果。單向和交替填充都使?激光器1和激光器3進?測試。作業(yè)A（單向填充）和作業(yè)作業(yè)A：單向填充作業(yè)B：交替填充圖7：展?作業(yè)A和作業(yè)B，橙?箭頭標?條紋?向。8充和條紋?向的不同組合呈現(xiàn)出截然不同的特征。?些表?看起來?常均勻并顯?出連續(xù)的紅?區(qū)域，這表明熔化區(qū)域?度?致且?分均勻。其他樣品的表?外觀較為不規(guī)則，紅?區(qū)域中穿插著藍?部分。表?質(zhì)量會根據(jù)成型基板上的位置以及所分配的激光器?有所差異。外觀不均勻的區(qū)域也會導致?藝過程中出現(xiàn)“污染”。沉積在零部件表?附件的材料已?法再熔化。曝光后的照??曝光后的照??度剖?圖8：通過3D?度剖?以及曝光后的照??較與激光中?距離相同的兩個場區(qū)（作業(yè)A）。箭頭指?單向填充?量的?向以及條紋的起始點。9在下?步中，我們將通過測量數(shù)據(jù)來進?步證實這些初步的視覺印象。為了測們可以通過填充包上的多條輪廓線來確y >xZXAzxAzx圖9：分析填充包的?法。利?多條輪廓線并進?積分計算，來測量橫截?積。10（單向剖?線）和B（交替剖?線繪制了激光器1和3的橫截?積隨條紋和填充?向的變化。x軸按照填充和條分。在下圖中，遠離激光中?的條紋?向通常與較?的材料堆積量有關。?也是?分有益的。在?較交替和單向有填充都指向同??向，并且配合理想的曝光?法，可以熔化更多的材料。總單向填充作業(yè)ACrossCrossCutAreaA[mm]圖10：不同填充和條紋?向的橫截?圖。交替填充作業(yè)BCrossCrossCutAreaA[mm]11CrossCrossCutAreaA[mm]10DistanceFactor圖11：平均橫截?積結果的?較，?選和不利填充-條紋組合隨距離因?（激光偏轉(zhuǎn)）變化。在圖11中，我們將所有?選?向（圖10中的綠?矩形）與不利?向（圖10中的紅?矩形）的平均橫截?積進?了?較，并就其隨距離因?（另請參?圖4中的距離因?）?激光中?的變化進?了繪圖。顯然，當加?位置遠離激光中?時，條紋和填充?向?qū)?結果的影響變得更為顯著。12LCDS兼顧?產(chǎn)效率與?致性！第?視覺印象和材料堆積評估都暗?條紋供給?向和填充?量?向之間存在明顯聯(lián)系。在?較對?的激光器1和激光起次要作?。關于以填充為重點的研究結果，我們可以得出如下總結（圖1.通常，我們更傾向于選擇朝向激光中?的填充向量，因為這樣可以在加?區(qū)域添加相對較多的材料并減反：應該優(yōu)先選擇遠離激光中?的條紋。使得曝光圖案能夠根據(jù)位置不再將層流惰性?體的流動?向作為唯?的參考點，?是提出以激光中?位置A填充向量A填充向量圖12：激光中?依賴曝光策略LCDS的理論，指出了?選（綠?）與應避免（紅?）的填充（細箭頭）和條紋（粗箭頭）?向。所能達到的孔隙率結果。13成型基板3Defect-%[%]圖13：激光器3：不同曝光策略的孔隙率?較，涵蓋成型基板上的全部16個位置。（藍?：“流動優(yōu)化”/灰?：LCDS條紋調(diào)整/橙?：LCDS填充和條紋調(diào)整）Defect-%[%]在成型基板的16個位置上，我們采?了不同的曝光策略來布置和?成致密性基于條紋的LCDS以及基于條紋和填充的LCDS。在此設置中，所有零部件均孔隙率的降低可以這樣解釋：材料熔化較少或沒有熔化的層已?乎消除，因未熔合?導致的孔隙顯著減少。圖13中數(shù)據(jù)差異性較低表明，?論成型基板位.不受機器影響：使?LCDS的優(yōu)勢并不局限于特定的機器類型或制造向的依賴性。因此，每臺機器都有可能從這種曝光圖案中受益。但顯然，具有?型平臺尺?和激光掃描.LCDS設置可以單獨使?：當不希望過多偏離當前采?交替填充的標準曝光圖案時，可以單獨使?這些?法以實現(xiàn)改善。通過選擇條紋調(diào)整，我們已經(jīng)能夠獲得更為出?的.減少材料噴射：在成型過程中，加?區(qū)域內(nèi)熔化材料的噴射情況?幅減少，這不僅使得整個過程更為清潔，?且有助于減少粉末廢料和?.提?表?平整度：我們可以專?采?能夠產(chǎn)?最低表?粗糙度的填充14結論與應?前景在增材制造中，我們充分利?了較?的成型區(qū)域，并且采?了具有全場覆蓋的多激光器系統(tǒng)，使得掃描儀的使?范圍得到了最?化的發(fā)揮。這就帶來了?個挑戰(zhàn)：即我們需要確保?論零部件位置或激光束偏轉(zhuǎn)?度如何，都能得到?致且均勻的加?結果。在特定條件下，當前的曝光策略揭?出機械特性和孔隙率與激光束偏轉(zhuǎn)?度之間存在依賴關系。經(jīng)過詳細研究后，我們揭?了加?結果與曝光的填充和/或條紋?向之間的相基于這些發(fā)現(xiàn)，我們開發(fā)了?種名為LCDS的新曝光策略，其曝光圖定向。初步實驗成功地表明，采?LCDS策略可以在整個成型基板上實現(xiàn)穩(wěn)定、?致的零部件特性。由于這些僅為初步測試，我們很快書。敬請期待更多資訊！零部件特性僅供參考，EOS不對零部件的實際特性做出任何陳述或擔保，也不承擔任何責任。零部件特性取決于多種影響因素，因此，實際的零部件特性可能與此處所述的信息存在偏差。本?檔本?并不代表任何零件設計的充分依據(jù)，也不提供任何關于材料或零部件的特定特性或材料或零部件對特定應?的適?性的協(xié)議或擔保。實現(xiàn)某些零部件特性以及評估此材料對特定?途的適?性是??的責任。AlexanderFrey?屬?藝?程師Alexander在因斯布魯克?學獲得了機電?體化專業(yè)的學?和碩?學位。他的碩?論?是關于增材制造領域的?個主題。該論?的核?研究成果在?篇名為“通過調(diào)整激光粉末床熔合?藝條件，獲得IN718單晶樣微結構”的論?中發(fā)表。在EOS，他是研發(fā)部?屬?藝開發(fā)團隊的?員。他和SarahBrandt共同撰寫了本??書。聯(lián)系?式：MetalProcessTechnology@針對DMLS?技術的創(chuàng)新曝光策略增材制造?前正在從原型設計發(fā)展到批量?產(chǎn)。為滿?更?的?產(chǎn)效率需求，我們正在開發(fā)具有更?成型空間和多個激光器的?業(yè)3D打印機。憑借更?的成型基板，外加各個激光掃描單元所能實現(xiàn)的全?覆蓋范圍，激光束的?射?將更加平緩。零部件的質(zhì)量同樣不容忽視，在批量?產(chǎn)中，零部件特性出現(xiàn)較?差異是絕不允許的。在本??書中，我們針對?屬激光粉末床熔合(LPBF)?藝，探討了?藝質(zhì)量對激光中?位置的依賴性。根據(jù)研究結果，我們提出了?種新的曝