EOS-2024實現(xiàn)穩(wěn)定、一致的零部件特性白皮書-2024.07-16正式版

??書作者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)？?錄多激光器系統(tǒng)：?產(chǎn)效率與?致性?選?？還是兩者兼得？34激光偏轉(zhuǎn)：3D打印的挑戰(zhàn)7依賴位置的熔化?為12LCDS兼顧?產(chǎn)效率與?致性！結(jié)論與應(yīng)?前景聯(lián)系?式1416插圖?錄34圖1圖2圖3EOS最新的?屬系統(tǒng)，EOSM300-4EOSM300-4的激光掃描儀排布45使?EOSM300-4、EOSMaragingSteelMS1和50μm?藝打印測試作業(yè)的實驗環(huán)境圖4圖5圖6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）左側(cè)是作業(yè)布局，右側(cè)是樣品顯微照?的?部分677使?EOSM300-4、EOSMaragingSteelMS1和50μm?藝打印測試作業(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)89圖9析填充包的?法圖10圖11圖12圖13不同平均橫截?積結(jié)果的?較11激光中?依賴曝光策略LCDS的理論12激光器3：不同曝光策略的孔隙率?較13填充和條紋?向的橫截?圖10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)。為成功實現(xiàn)向批量?產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，提升系統(tǒng)的?產(chǎn)效率勢?的夾具系統(tǒng)也使后處理?作更加簡在必?。為實現(xiàn)這??標(biāo)，我們的新?便。與此同時，四激光器設(shè)計有助于最代機器配備了更?的成型空間和多個激?限度地提??產(chǎn)率。每個激光器均可光器。覆蓋整個成型區(qū)域。因此，不論負載系數(shù)或零部件定位如何，激光器都能發(fā)揮EOS?屬系統(tǒng)產(chǎn)品最?性能。EOSM300-4（圖1）?專為批量?產(chǎn)?打造。中?成型基板采?耦合設(shè)計，可以充分利?整個300x300mm2成型基板?積進?零部件定位，此外，統(tǒng)組合中的旗艦機型?圖1：EOS最新的?屬系統(tǒng)，EOSM300-4。追求更短的成型時間覆蓋板，以及平衡各激光器的曝光時型空間x-y平?上的零部件質(zhì)量并確保以充分發(fā)揮每臺激光器的性能，這些質(zhì)量?致性。我們開發(fā)了?種?于需求為?藝開發(fā)帶來了全新挑戰(zhàn)。?論DMLS?技術(shù)的新曝光策略LCDS，下?零部件在成型基板上的位置如何，或者將對其進?詳細介紹。使?哪?臺激光器，確保零部件質(zhì)量穩(wěn)定可靠都是其中?個最重要的??、實現(xiàn)激光器全?因此，我們開展了多項研究，以提?成基間。3激光偏轉(zhuǎn)：3D打印的挑戰(zhàn)圖2展?了EOSM300-4的光學(xué)排列。它可以劃分為四個象限，每個象限射到各?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L3L2的中?均與四個掃描器正交投L4L1了成型基板的實際??。掃描儀覆蓋范圍：450mm這種設(shè)置帶來了?作區(qū)域更?的挑戰(zhàn)，圖2：EOSM300-4的激光掃描儀排布。因此激光的偏轉(zhuǎn)?度更?，也就是說，激光器L1的潛在范圍以虛線表?。?射?更為平緩。EOSMaragingSteelMS150μmwithFlowOptimizationMaterialProcessEOSM300-4System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(shè)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。光圖案的條紋是沿著與流動?向相反的隨著每個圓的周?逐步增加，偏轉(zhuǎn)?也?向處理的，從?避免了污染。激光器隨之增?。1和3分別對這項作業(yè)（圖4）進?了重復(fù)。為避免?濺物污染尚未曝光的區(qū)域，我們啟動了“流動優(yōu)化”功能。因此，曝4為確定偏轉(zhuǎn)的影響?進?的測試作業(yè)表明，隨著與激光中?距離的增加，激光器1樣品的機械特性基本保持穩(wěn)定。然光中?距離的增加?減少，從?降低了?，激光器3的拉伸試棒顯?其抗拉強統(tǒng)計確定性，但我們?nèi)阅芸闯?個明顯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)量隨著與激趨勢。斷裂伸?率A25與距離因?激光器1激光器3L3FlowOptimizationFlow012345678910L1DistanceFactor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）。5在另?項檢查中，測定了在激光中?附近以及激光束最?偏轉(zhuǎn)處的零部件孔隙率。如圖5所?，激光器3?成的零部件密度顯著降低。?球形孔洞表明，由于存在未熔合孔隙?產(chǎn)?了缺陷。成型基板位置：激光中?(L)最?距離激光器1L3L11mm1mm激光中?最?距離激光器31mm1mm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)中對此進?更詳細地討論。6依賴位置的熔化?為EOSMaragingSteelMS150μmMaterialProcessEOSM300-4System圖6：使?EOSM300-4、EOSMaragingSteelMS1和50μm?藝打印測試作業(yè)的實驗環(huán)境。為了分析激光器1和3之間們對不同板位置的熔化?為進?了深塊。在每個試驗塊的頂部，?組代表曝?檢查。測試系列的部分結(jié)果將在下?光圖案的填充包將熔化在最后?層。將節(jié)中進?展?。填充（掃描向量）旋轉(zhuǎn)45度，以檢查不同填充和條紋?向組合的效果。單向的差異，我每個區(qū)域包含16個充當(dāng)基底的試驗基我們預(yù)計在填充級別（即單個掃描?量）的研究中，會發(fā)現(xiàn)?藝中存在的偏差（?圖6中的實驗環(huán)境）。為獲得具和交替填充都使?激光器1和激光器3進?測試。作業(yè)A（單向填充）和作業(yè)B（交替填充）的布局在圖7中展?。有空間分辨性的測試結(jié)果，EOSM300-4成型基板被劃分為16個區(qū)域，作業(yè)A：單向填充作業(yè)B：交替填充成型基板圖7：展?作業(yè)A和作業(yè)B，橙?箭頭標(biāo)?條紋?向。7填充包的視覺評估圖8?較了激光器1和3等距場域中填其他樣品區(qū)域中穿插著藍?部分。表?質(zhì)量會根應(yīng)圖?。如圖所?，表?據(jù)成型基板上的位置以及所分配的激光充和條紋?向的不同組合呈現(xiàn)出截然不器?有所差異。外觀不均勻的區(qū)域也會的特征。?些表?起來?常均勻并導(dǎo)致?藝過程中出現(xiàn)“污染”。沉積在顯?出連續(xù)的紅?區(qū)域，這表明熔化區(qū)零部件表?附件的材料已?法再熔化。域?度?致且?分均勻。的表?外觀較為不規(guī)則，紅?充包的?度剖?，以及曝光后拍攝的相圖形會根據(jù)填同看激光器1激光器3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。8確定最終材料的體積在下?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。為了測量每個填充-條紋組合的體積增加情況，我們將進?3D?度剖?們可以通過填充包上的多條輪廓線來確定橫截?積（?圖9）。掃描。我yx填充包zBasexIntegralCrossCutarea[mm]2ZXx[mm]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。9如圖10所?，我們分別針對作業(yè)A（單向剖?線）和B（交替剖?線），繪制了激光器1和3的橫截?積隨條紋填充?法的性能時，我們發(fā)現(xiàn)，如果所和填充?向的變化。x軸按照填充和條有填充都指向同??向，并且配合理想紋是遠離還是朝向激光中?進?了劃的曝光?法，可以熔化更多的材料?？偡?。在下圖中，遠離激光中?的條紋?之，兩種激光器表現(xiàn)出相似的?為。向通常與較?的材料堆積量有關(guān)。同時，調(diào)整填充?向，使其朝向激光中?也是?分有益的。在?較交替和單向激光器1激光器3?選?向不利?向單向填充作業(yè)A交替填充作業(yè)B1,41,21,00,80,60,40,21,41,21,00,80,60,40,2awayawaytowardsawaytowardsawaytowards填充?向條紋?向條紋?向towards圖10：不同填充和條紋?向的橫截?圖。10?選?向不利?向1,41,21,00,80,60,40,212345678910DistanceFactor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?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(dāng)加?位置遠離激光中?時，條紋和填充?向?qū)?結(jié)果的影響變得更為顯著。11LCDS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和激光條紋。使得曝光圖案能夠根據(jù)位置器3時，流動?向在熔化材料體積??進?相應(yīng)調(diào)整。起次要作?。關(guān)于以填充為重點的研究結(jié)果，我們可以得出如下總結(jié)（圖這兩條規(guī)則構(gòu)成了LCDS的核?。我們12）：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?位置作為指導(dǎo)準(zhǔn)則，這就是LCDS縮寫所代2.在條紋?向上，情況似乎恰恰相反：應(yīng)該優(yōu)先選擇遠離激光中?的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少材料噴射。表的含義：激光中?依賴曝光策略LCDESLaserCenter填充向量朝向激光中?HatchDirectionLaserCenter條紋遠離激光中?StripeDirection圖12：激光中?依賴曝光策略LCDS的理論，指出了?選（綠?）與應(yīng)避免（紅?）的填充（細箭頭）和條紋（粗箭頭）?向。初步測試已經(jīng)成功驗證了LCDS。圖13展?了使?LCDS與標(biāo)準(zhǔn)曝光?法相?所能達到的孔隙率結(jié)果。12BoxplotofDefect-%[%]成型基板0,250,200,150,100,05L3ReferenceLCDS:LCDS:onlyStripesStripesandHatches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）在成型基了不同的曝光策略來布置和?成致密性可能從這種曝光圖案中受益。但顯試驗塊：參考基準(zhǔn)（“流動優(yōu)化”）、僅然，具有?型平臺尺?和激光掃描于條紋的LCDS以及基于條紋和填充覆蓋范圍的系統(tǒng)獲益最?。的LCDS。在此設(shè)置中，所有零部件均由激光器3處理。板的16個位置上，我們采?向的依賴性。因此，每臺機器都有基LCDS設(shè)置可以單獨使?：當(dāng)不希望過多偏離當(dāng)前采?交替填充的標(biāo)準(zhǔn)曝光圖案時，可以單獨使?這些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(dǎo)致的孔隙顯著減少。圖13中的箱形圖表明，使?LCDS可以降低孔數(shù)據(jù)差異性較低表明，?論成型基板位置如何，零部件特性均保持?致。?法以實現(xiàn)改善整，我們已經(jīng)能夠獲得更為出?的效果。。通過選擇條紋調(diào)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?化。除了?致性之外，LCDS還有其他優(yōu)勢：不受機器影響：使?LCDS的優(yōu)勢提?表?平整度：我們可以專?采并不局限于特定的機器類型或制造?能夠產(chǎn)?最低表?粗糙度的填充商。如圖所?，即使是短距離場和條紋?向，以實現(xiàn)上?照射。景，也已經(jīng)顯?出對條紋和填充?13結(jié)論與應(yīng)?前景在增材制造中，我們充分利?了較?的基于這些發(fā)現(xiàn)，我們開發(fā)了?種名為LCDS的新曝光策略，其曝光圖多激光器系統(tǒng)，使得掃描儀的使?范圍案（填充/條紋）根據(jù)激光中?進?得到了最?化的發(fā)揮。這就帶來了?個定向。初步實驗成功地表明，采?挑戰(zhàn)：即我們需要LCDS策略可以在整個成型基板上成型區(qū)域，并且采?了具有全場覆蓋的確保?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?出機械特性和孔隙率實現(xiàn)穩(wěn)定、?致的零部件特性。由于這些僅為初步測試，我們很快與激光束偏轉(zhuǎn)?度之間經(jīng)過詳細研究后，我們揭?了加?結(jié)果書。敬請期待更多資訊！與曝光的填充和/或條紋?向之間的相存在依賴關(guān)系。將發(fā)布另?份關(guān)于此主題的??關(guān)性。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(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特定應(yīng)?的適?性的協(xié)議或擔(dān)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(zé)任。14作者AlexanderFrey?屬?藝?程師Alexander在因斯布魯克?學(xué)獲得了機電?體化專業(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(jié)構(gòu)”的論?中發(fā)表。在EOS，他是?藝開發(fā)團隊的?員。他和SarahBrandt共同撰寫研發(fā)部?屬了本??書。聯(lián)系?式：MetalProcessTechn