EOS：2024實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、一致的零部件特性白皮書(shū)

作嗇SarahBrandt,EOS金屬工藝工程師AlexanderFrey,EOS?屬?藝?程師實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、?致的零部件特性覆蓋整個(gè)成型區(qū)域本??書(shū)給出了以下問(wèn)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(shí)驗(yàn)環(huán)境圖4作業(yè)布局描述和斷裂伸?率結(jié)果（制造狀態(tài)，未經(jīng)熱處理）圖5左側(cè)是作業(yè)布局，右側(cè)是樣品顯微照?的?部分業(yè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境圖7展?作業(yè)A和作業(yè)B圖8通過(guò)3D?度剖?以及曝光后的照??較與激光中?距離相同的兩個(gè)場(chǎng)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(jié)果的?較圖12激光中?依賴(lài)曝光策略L(fǎng)CDS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(shù)都在?臨全新挑戰(zhàn)。為成功實(shí)現(xiàn)向批量?產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，提升系統(tǒng)的?產(chǎn)效率勢(shì)代機(jī)器配備了更?的成型空間和多個(gè)激EOS?屬系統(tǒng)產(chǎn)品組合中的旗艦機(jī)型?可以充分利?整個(gè)300x300mm2成?的夾具系統(tǒng)也使后處理?作更加簡(jiǎn)?限度地提??產(chǎn)率。每個(gè)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(shí)間、實(shí)現(xiàn)激光器全?覆蓋基板，以及平衡各激光器的曝光時(shí)間以充分發(fā)揮每臺(tái)激光器的性能，這些需求為?藝開(kāi)發(fā)帶來(lái)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(tái)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(duì)其進(jìn)?詳細(xì)介紹。4激光偏轉(zhuǎn)：3D打印的挑戰(zhàn)的中?均與四個(gè)掃描器正交投射到各?象限的激光束重合。為實(shí)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(shè)置帶來(lái)了?作區(qū)域更?的挑戰(zhàn)，激光器L1的潛在范圍以虛線(xiàn)表?。圖3：使?EOSM300-4、EOSMaragingSteelMS1和50μm?藝打印測(cè)試作業(yè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。為了檢驗(yàn)偏轉(zhuǎn)?對(duì)機(jī)械特性的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)?向相反的?向處理的，從?避免了污染。激光器1和3分別對(duì)這項(xiàng)作業(yè)（圖4）進(jìn)?了5為確定偏轉(zhuǎn)的影響?進(jìn)?的測(cè)試作業(yè)表器1樣品的機(jī)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(qiáng)度和屈服強(qiáng)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(jì)確定性，但我們?nèi)阅芸闯?個(gè)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(jié)果（制造狀態(tài)，未經(jīng)熱處理）。FlowOptimizationFlowFlow在另?項(xiàng)檢查中，測(cè)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(cè)是作業(yè)布局，右側(cè)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(dǎo)致了激光器1和3的性能差異。我們將在下?節(jié)中對(duì)此進(jìn)?更詳細(xì)地討論。67依賴(lài)位置的熔化?為圖6：使?EOSM300-4、EOSMaragingSteelMS1和50μm?藝打印測(cè)試作業(yè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。們對(duì)不同基板位置的熔化?為進(jìn)?了深?檢查。測(cè)試系列的部分結(jié)果將在下?塊。在每個(gè)試驗(yàn)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(jìn)?測(cè)試。作業(yè)A（單向填充）和作業(yè)作業(yè)A：?jiǎn)蜗蛱畛渥鳂I(yè)B：交替填充圖7：展?作業(yè)A和作業(yè)B，橙?箭頭標(biāo)?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(lái)?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(guān)較為不規(guī)則，紅?區(qū)域中穿插著藍(lán)?部分。表?質(zhì)量會(huì)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(guān)不均勻的區(qū)域也會(huì)導(dǎo)致?藝過(guò)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(guò)3D?度剖?以及曝光后的照??較與激光中?距離相同的兩個(gè)場(chǎng)區(qū)（作業(yè)A）。箭頭指?單向填充?量的?向以及條紋的起始點(diǎn)。9在下?步中，我們將通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)?步證實(shí)這些初步的視覺(jué)印象。為了測(cè)們可以通過(guò)填充包上的多條輪廓線(xiàn)來(lái)確y >xZXAzxAzx圖9：分析填充包的?法。利?多條輪廓線(xiàn)并進(jìn)?積分計(jì)算，來(lái)測(cè)量橫截?積。10（單向剖?線(xiàn)）和B（交替剖?線(xiàn)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(yuǎn)離激光中?的條紋?向通常與較?的材料堆積量有關(guān)。?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?？倖蜗蛱畛渥鳂I(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(jié)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(jìn)?了?較，并就其隨距離因?（另請(qǐng)參?圖4中的距離因?）?激光中?的變化進(jìn)?了繪圖。顯然，當(dāng)加?位置遠(yuǎn)離激光中?時(shí)，條紋和填充?向?qū)?結(jié)果的影響變得更為顯著。12LCDS兼顧?產(chǎn)效率與?致性！第?視覺(jué)印象和材料堆積評(píng)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(duì)?的激光器1和激光起次要作?。關(guān)于以填充為重點(diǎn)的研究結(jié)果，我們可以得出如下總結(jié)（圖1.通常，我們更傾向于選擇朝向激光中?的填充向量，因?yàn)檫@樣可以在加?區(qū)域添加相對(duì)較多的材料并減反：應(yīng)該優(yōu)先選擇遠(yuǎn)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(dòng)?向作為唯?的參考點(diǎn)，?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(lài)曝光策略L(fǎng)CDS的理論，指出了?選（綠?）與應(yīng)避免（紅?）的填充（細(xì)箭頭）和條紋（粗箭頭）?向。所能達(dá)到的孔隙率結(jié)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(gè)位置。（藍(lán)?：“流動(dòng)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(gè)位置上，我們采?了不同的曝光策略來(lái)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(shè)置中，所有零部件均孔隙率的降低可以這樣解釋?zhuān)翰牧先刍^少或沒(méi)有熔化的層已?乎消除，因未熔合?導(dǎo)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(jī)器影響：使?LCDS的優(yōu)勢(shì)并不局限于特定的機(jī)器類(lèi)型或制造向的依賴(lài)性。因此，每臺(tái)機(jī)器都有可能從這種曝光圖案中受益。但顯然，具有?型平臺(tái)尺?和激光掃描.LCDS設(shè)置可以單獨(dú)使?：當(dāng)不希望過(guò)多偏離當(dāng)前采?交替填充的標(biāo)準(zhǔn)曝光圖案時(shí)，可以單獨(dú)使?這些?法以實(shí)現(xiàn)改善。通過(guò)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(guò)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(gè)過(guò)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(zhuān)?采?能夠產(chǎn)?最低表?粗糙度的填充14結(jié)論與應(yīng)?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(chǎng)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(lái)了?個(gè)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(jié)果。在特定條件下，當(dāng)前的曝光策略揭?出機(jī)械特性和孔隙率與激光束偏轉(zhuǎn)?度之間存在依賴(lài)關(guān)系。經(jīng)過(guò)詳細(xì)研究后，我們揭?了加?結(jié)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(kāi)發(fā)了?種名為L(zhǎng)CDS的新曝光策略，其曝光圖定向。初步實(shí)驗(yàn)成功地表明，采?LCDS策略可以在整個(gè)成型基板上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、?致的零部件特性。由于這些僅為初步測(cè)試，我們很快書(shū)。敬請(qǐng)期待更多資訊！零部件特性?xún)H供參考，EOS不對(duì)零部件的實(shí)際特性做出任何陳述或擔(dān)保，也不承擔(dān)任何責(zé)任。零部件特性取決于多種影響因素，因此，實(shí)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(shè)計(jì)的充分依據(jù)，也不提供任何關(guān)于材料或零部件的特定特性或材料或零部件對(duì)特定應(yīng)?的適?性的協(xié)議或擔(dān)保。實(shí)現(xiàn)某些零部件特性以及評(píng)估此材料對(duì)特定?途的適?性是??的責(zé)任。AlexanderFrey?屬?藝?程師Alexander在因斯布魯克?學(xué)獲得了機(jī)電?體化專(zhuān)業(yè)的學(xué)?和碩?學(xué)位。他的碩?論?是關(guān)于增材制造領(lǐng)域的?個(gè)主題。該論?的核?研究成果在?篇名為“通過(guò)調(diào)整激光粉末床熔合?藝條件，獲得IN718單晶樣微結(jié)構(gòu)”的論?中發(fā)表。在EOS，他是研發(fā)部?屬?藝開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的?員。他和SarahBrandt共同撰寫(xiě)了本??書(shū)。聯(lián)系?式：MetalProcessTechnology@針對(duì)DMLS?技術(shù)的創(chuàng)新曝光策略增材制造?前正在從原型設(shè)計(jì)發(fā)展到批量?產(chǎn)。為滿(mǎn)?更?的?產(chǎn)效率需求，我們正在開(kāi)發(fā)具有更?成型空間和多個(gè)激光器的?業(yè)3D打印機(jī)。憑借更?的成型基板，外加各個(gè)激光掃描單元所能實(shí)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(shū)中，我們針對(duì)?屬激光粉末床熔合(LPBF)?藝，探討了?藝質(zhì)量對(duì)激光中?位置的依賴(lài)性。根據(jù)研究結(jié)果，我們提出了?種新的曝