以创新的曝光策略重塑 3D 打印形象
2022 年 6 月 28 日 | 阅读时间：7 分钟
在 EOS，我们一直在探索新的技术和方法，以提高 3D 打印工艺。我们的团队已经开发出一种令人兴奋的激光曝光新策略，可提高生产质量并减少能源消耗。
激光照射的新策略
在 EOS，我们一直在探索新的技术和方法，以提高 3D 打印工艺。我们的团队已经开发出一种令人兴奋的激光曝光新策略，可提高生产质量并减少能源消耗。
为什么质量保证如此重要？
3D 打印 与传统制造方法相比，其主要优势在于效率高。但是，与任何相对较新的技术一样，仍有很多进步的机会。在 EOS，我们一直致力于完善和改进增材制造 (AM) 工艺。在不断努力推进3D 打印 技术和工艺的过程中，我们开发出了一种新的曝光策略方法，与以前被认为是最佳的做法相比，这种方法产生了极佳的效果。
在本文中，我们将带您了解3D 激光打印 的常用流程、所面临的挑战以及我们为解决这些问题而进行的研究结果，最终形成新的方法：激光中心曝光策略 (LCDS)。请继续阅读，了解看似渐进的调整如何为增材制造 带来重大变化。
LPBF3D 打印 如何工作
增材制造 的原理特点是逐层结构。构建过程从3D 生成模型（CAD）开始，将其切成许多薄层，然后送入 AM 机器（3D 打印机）。在打印机中，一层薄薄的材料粉末被涂抹在构建平台上，然后一束强大的激光在计算机生成的设计数据（CAD 模型）所指定的特定位置熔化粉末。然后将构建平台降低到特定工作高度，再在构建平台上涂抹一层粉末。新的材料层再次熔化，与下面的材料层连接起来。这些步骤不断重复，直到最终零件完成。
打印机使用的高精度激光器以规定的模式在粉末床上移动，只在必要的时刻发射，以形成数字设计的物体。当每添加一层薄薄的完全均匀的粉末时，激光会在粉末床上方重复相同的移动模式。
EOS 金属加工工程师团队进行了一系列实验，以确定一种可提高精度和制造质量的激光分配和移动编程替代方法。不过，在探索这种新方法之前，必须先了解增材制造 激光器目前是如何工作的。
当前的战略：DMLS
DLMS 技术（也称为选择性激光熔融 (SLM)、激光粉末床熔融 (LPBF) 或激光金属熔融 (LMF)）利用3D 打印 激光器的一致移动模式。这种模式称为曝光策略。它从粉末床的一端移动到另一端（称为条纹方向），在构建平台上左右交替移动（这些是扫描矢量）。激光器在每次扫描时都会发射激光，无论方向如何，目的都是为了保证及时性和效率。
与传统的纸张打印机一样，激光器在完成另一个扫描矢量之前，不需要返回到构建平台的一侧（即纸张上的 "边缘"）。这节省了打印的时间，但也带来了一些潜在的问题。
喷溅形成
当激光击中粉末床时，会烧结材料形成固体物体。然而，由于高能量输入和激光的运动，一些粉末颗粒偏离了撞击点。这些颗粒也被称为飞溅物。就像沙粒被推离球的落点一样，这些颗粒也会根据撞击角度的不同而向不同的方向移动。
在曝光过程中，激光相对于粉末床沿多个方向和不同角度移动。根据激光移动的方向，不同数量的飞溅物会从加工位置喷射/偏离。结果是粉末颗粒向不同方向偏离，导致粉末在随机位置不均匀地堆积。
层间缺陷
使用交替扫描矢量意味着飞溅物可能会落在构建平台上的任何位置，包括尚未烧结的区域。这意味着粉末床完美均匀的表面受到破坏，随后被激光击中的区域可能会不均匀。溅射物的形成量也很重要，因为溅射物越多，就意味着形成预期固体表面的剩余材料越少。
其结果是每一层都会出现微小的瑕疵，即在烧结的某些点存在过多或过少的粉末。这就导致后一层粉末不均匀，因为它必须 "填补 "前一层粉末未均匀形成的 "空隙"，从而造成一层粉末与前一层粉末连接不紧密的情况。这就造成了最终产品的缺陷和弱点。
解决方案：激光照射中心（LCDS）
通过大量实验，我们的团队发现，交替使用扫描矢量和条纹并不是激光烧结的最有效策略。团队将构建平台的小截面区域分离出来，测试了每个激光中心（平台上方的激光定位）的条纹方向和单向扫描矢量的不同组合。与其他组合相比，特定组合产生了更高质量的结果，但也让团队确定了哪些组合是相应激光中心的最佳选择。
研究小组得出结论：使用曝光模式，使条纹和单向扫描矢量以特定方式与适当的激光中心对齐，可以减少瑕疵，提高整个构建平台上零件的均匀性。激光中心的位置被建议作为指导标准，这也是该策略被称为 "取决于激光中心的曝光策略"（LCDS）的原因。
这一点在制造航空工程所需的精密零件时最为重要，因为在这种情况下，最小的瑕疵都可能造成严重后果。令人兴奋的是，我们已经开始将 LCDS 研究成果的某些方面纳入我们的3D 打印 软件，开始为用户带来这些质量优势。假以时日，我们打算在我们的产品中采用更多这种新方法。
