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

??書(shū)作者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)什么？激光偏轉(zhuǎn)的影響什么？LCDS等新曝光策略如何解決這些挑戰(zhàn)？?錄3多激光器系統(tǒng)：?產(chǎn)效率與?致性?選?？還兩者兼得？4激光偏轉(zhuǎn)：3D打印的挑戰(zhàn)7依賴(lài)位置的熔化?為12LCDS兼顧?產(chǎn)效率與?致性！結(jié)論與應(yīng)?前景1416聯(lián)系?式插圖?錄3圖1EOS最新的?屬系統(tǒng)，EOSM300-4圖2EOSM300-4的激光掃描儀排布44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圖5左側(cè)作業(yè)布局，右側(cè)樣顯微照?的?部分67圖6使?EOSM300-4、EOSMaragingSteelMS1和50μm?藝打印測(cè)試作業(yè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境圖7展?作業(yè)A和作業(yè)B7圖8通過(guò)3D?度剖以及曝光后的照??較與激光中?距離相的兩個(gè)場(chǎng)區(qū)89圖9析填充包的?法圖10不填充和條紋?向的橫截圖10圖11平均橫截積結(jié)果的?較11圖12激光中?依賴(lài)曝光策略LCDS的理論12圖13激光器3：不曝光策略的孔隙率?較13多激光器系統(tǒng)：?產(chǎn)效率與?致性?選?？還兩者兼得？步?批量?產(chǎn)階段后，所有增材制造技可以充分利?整個(gè)300x300mm2成術(shù)都在臨全新挑戰(zhàn)。為成功實(shí)現(xiàn)向批型板積進(jìn)?零部件定位，此外，統(tǒng)量?產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，提升系統(tǒng)的?產(chǎn)效率勢(shì)?的夾具系統(tǒng)也使后處理?作更加簡(jiǎn)在必?。為實(shí)現(xiàn)這??標(biāo)，我們的新?便。與此時(shí)，四激光器設(shè)計(jì)有助于最代機(jī)器配備了更?的成型空和多個(gè)激?限度地提??產(chǎn)率。每個(gè)激光器均可光器。覆蓋整個(gè)成型區(qū)域。因此，不論負(fù)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)組合中的旗艦機(jī)型?最?性能。EOSM300-4（圖1）?專(zhuān)為批量?產(chǎn)?打造。中?成型板采?耦合設(shè)計(jì)，圖1：EOS最新的?屬系統(tǒng)，EOSM300-4。追求更短的成型時(shí)、實(shí)現(xiàn)激光器全因此，我們開(kāi)展了多項(xiàng)研究，以提?成覆蓋板，以及平衡各激光器的曝光時(shí)型空x-y平上的零部件質(zhì)量并確保質(zhì)量?致性。我們開(kāi)發(fā)了?種?于需求為?藝開(kāi)發(fā)帶來(lái)了全新挑戰(zhàn)。?論DMLS?技術(shù)的新曝光策略LCDS，下?零部件在成型板上的位置如何，或者將對(duì)其進(jìn)?詳細(xì)介紹。使?哪?臺(tái)激光器，確保零部件質(zhì)量穩(wěn)定可靠都其中?個(gè)最重的?。3激光偏轉(zhuǎn)：3D打印的挑戰(zhàn)圖2展?了EOSM300-4的光學(xué)排L3L2列。它可以劃分為四個(gè)象限，每個(gè)象限的中?均與四個(gè)掃描器正交射到各?L4L1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超出了成型板的實(shí)際??。掃描儀覆蓋范：450mm這種設(shè)置帶來(lái)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?，也就說(shuō)，激光器L1的潛在范以虛線表?。?射?更為平緩。EOSMaragingSteelMS150μmwithFlowOptimizationProcessEOSM300-4System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，我為避免?濺物污染未曝光的區(qū)域，我們?cè)O(shè)計(jì)了?種作業(yè)布局，其中垂拉伸們啟動(dòng)了“流動(dòng)優(yōu)化”功能。因此，曝試棒繞激光中?以?圓?式排列。光圖案的條紋沿與流動(dòng)?向相反的隨每個(gè)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(duì)這項(xiàng)作業(yè)（圖4）進(jìn)?了重復(fù)。4為確定偏轉(zhuǎn)的影響?進(jìn)?的測(cè)試作業(yè)表如圖4所?，斷裂伸?率受偏轉(zhuǎn)程度的明，隨與激光中?距離的增加，激光影響尤為明顯。盡管樣數(shù)量隨與激器1樣的機(jī)械特性本保持穩(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(qiáng)統(tǒng)計(jì)確定性，但我們?nèi)阅艹?個(gè)明顯度和屈服強(qiáng)度有輕微下降。趨勢(shì)。斷裂伸?率A25與距離因?激光器1激光器3L3FlowOptimizationFlow012345678910L1DistanceFactor圖5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)處的零部件孔隙率。如圖5所?，激光器3?成的零部件密度顯著降低。?球形孔表明，由于存在未熔合孔隙?產(chǎn)?了缺陷。成型板位置：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)作業(yè)布局，右側(cè)樣顯微照?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。6依賴(lài)位置的熔化?為EOSMaragingSteelMS150μmProcessEOSM300-4System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。為了分析激光器1和3之的差異，我每個(gè)區(qū)域包含16個(gè)充當(dāng)?shù)椎脑囼?yàn)們對(duì)不塊。在每個(gè)試驗(yàn)塊的頂部，?組代表曝?檢查。測(cè)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(jìn)?展?。填充（掃描向量）旋轉(zhuǎn)45度，以檢查不填充和條紋?向組合的效果。單向我們預(yù)計(jì)在填充級(jí)別（即單個(gè)掃描?和交替填充都使?激光器1和激光器3量）的研究中，會(huì)發(fā)現(xiàn)?藝中存在的偏進(jìn)?測(cè)試。作業(yè)A（單向填充）和作業(yè)差（?圖6中的實(shí)驗(yàn)環(huán)境）。為獲得具B（交替填充）的布局在圖7中展?。有空分辨性的測(cè)試結(jié)果，EOSM300-4成型板被劃分為16個(gè)區(qū)域，作業(yè)A：?jiǎn)蜗蛱畛渥鳂I(yè)B：交替填充成型板圖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(jué)評(píng)估圖8?較了激光器1和3等距場(chǎng)域中填其他樣的表外觀較為不規(guī)則，紅?充包的?度剖，以及曝光后拍攝的相區(qū)域中穿插藍(lán)?部分。表質(zhì)量會(huì)根應(yīng)圖?。如圖所?，表圖形會(huì)根據(jù)填據(jù)成型板上的位置以及所分配的激光充和條紋?向的不組合呈現(xiàn)出截然不器?有所差異。外觀不均勻的區(qū)域也會(huì)導(dǎo)致?藝過(guò)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。激光器1激光器3圖8：通過(guò)3D?度剖以及曝光后的照??較與激光中?距離相的兩個(gè)場(chǎng)區(qū)（作業(yè)8確定最終材料的體積在下?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)量每個(gè)填充-條紋組合的體積增加情況，我們將進(jìn)?3D?度剖掃描。我們可以通過(guò)填充包上的多條輪廓線來(lái)確定橫截積（?圖yx填充包zBase

xZIntegralCrossCutarea[mm]2Xx[mm]圖9：分析填充包的?法。利?多條輪廓線并進(jìn)?積分計(jì)，來(lái)測(cè)量橫截積。9如圖10所?，我們分別針對(duì)作業(yè)A時(shí)，調(diào)整填充?向，使其朝向激光中（單向剖線）和B（交替剖?也?分有益的。在?較交替和單向繪制了激光器1和3的橫截積隨條紋填充?法的性能時(shí)，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??向，并且配合理想紋遠(yuǎn)離還朝向激光中?進(jìn)?了劃的曝光?法，可以熔化更多的材料?？偡?。在下圖中，遠(yuǎn)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)。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)B1,41,41,21,21,01,00,80,80,60,60,40,40,20,2awaytowardsawaytowardsawaytowards填充?向條紋?向條紋?向awaytowards圖10：不填充和條紋?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(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。11LCDS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2.在條紋?向上，情況似乎恰恰相紋供給?向和填充?量?向之存在明反：應(yīng)該優(yōu)先選擇遠(yuǎn)離激光中?的顯聯(lián)系。在?較對(duì)?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(shí)，流動(dòng)?向在熔化材料體積?進(jìn)?相應(yīng)調(diào)整。起次作?。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)（圖這兩條規(guī)則構(gòu)成了LCDS的核?。我們不再將層流惰性?體的流動(dòng)?向作為唯?的參考點(diǎn)，?提出以激光中?位置1.通常，我們更傾向于選擇朝向激光作為指導(dǎo)準(zhǔn)則，這就LCDS縮寫(xiě)所代中?的填充向量，因?yàn)檫@樣可以在表的含義：加?區(qū)域添加相對(duì)較多的材料并減激光中?依賴(lài)曝光策略少材料噴射。LCDESLaserCenter填充向量朝向激光中?HatchDirection條紋LaserCenter遠(yuǎn)離激光中?StripeDirection圖12：激光中?依賴(lài)曝光策略LCDS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。初步測(cè)試已經(jīng)成功驗(yàn)證了LCDS。圖13展?了使?LCDS與標(biāo)準(zhǔn)曝光?法相?所能達(dá)到的孔隙率結(jié)果。12成型板BoxplotofDefect-%[%]0,25L30,200,150,100,05ReferenceLCDS:onlyStripesLCDS:StripesandHatches圖13：激光器3：不曝光策略的孔隙率?較，涵蓋成型板上的全部16個(gè)位置。灰?：LCDS條紋調(diào)整/橙?：LCDS填充和條紋調(diào)整）在成型板的16個(gè)位置上，我們采?向的依賴(lài)性。因此，每臺(tái)機(jī)器都有了不的曝光策略來(lái)布置和?成致密性可能從這種曝光圖案中受益。但顯試驗(yàn)塊：參考然，具有?型平臺(tái)尺?和激光掃描LCDS以及于條紋和填充覆蓋范的系統(tǒng)獲益最?。的LCDS。在此設(shè)置中，所有零部件均LCDS設(shè)置可以單獨(dú)使?：當(dāng)不希由激光器3處理。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?這些孔隙率的降低可以這樣解釋?zhuān)翰牧先刍?法以實(shí)現(xiàn)改。通過(guò)選擇條紋調(diào)較少或沒(méi)有熔化的層已?乎消除，因未整，我們已經(jīng)能夠獲得更為出?的熔合?導(dǎo)致的孔隙顯著減少。圖13中效果。的箱形圖表明，使?LCDS可以降低孔數(shù)據(jù)差異性較低表明，?論成型基板位減少材料噴射：在成型過(guò)程中，加置如何，零部件特性均保持?致。?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)程更為清除了?致性之外，LCDS還有其他優(yōu)潔，?且有助于減少粉末廢料和?勢(shì)：化。不受機(jī)器影響：使?LCDS的優(yōu)勢(shì)提?表平整度：我們可以專(zhuān)?采并不局限于特定的機(jī)器類(lèi)型或制造?能夠產(chǎn)?最低表粗糙度的填充

商。如圖所?，即使短距離場(chǎng)和條紋?向，以實(shí)現(xiàn)上?照射。景，也已經(jīng)顯?出對(duì)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?的于這些發(fā)現(xiàn)，我們開(kāi)發(fā)了?種名成型區(qū)域，并且采?了具有全場(chǎng)覆蓋的為L(zhǎng)CDS的新曝光策略，其曝光圖多激光器系統(tǒng)，使得掃描儀的使?范案（填充/條紋）根據(jù)激光中?進(jìn)?得到了最?化的發(fā)揮。這就帶來(lái)了?個(gè)定向。初步實(shí)驗(yàn)成功地表明，采?挑戰(zhàn)：即我們需確保?論零部件位置LCDS策略可以在整個(gè)成型板上或激光束偏轉(zhuǎn)?度如何，都能得到?致實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、?致的零部件特性。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)械特性和孔隙率由于這些僅為初步測(cè)試，我們很快與激光束偏轉(zhuǎn)?度之存在依賴(lài)關(guān)系。將發(fā)布另?份關(guān)于此主題的??經(jīng)過(guò)詳細(xì)研究后，我們揭?了加?結(jié)果書(shū)。敬請(qǐng)期待更多資訊！與曝光的填充和/或條紋?向之的相關(guān)性。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??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(jī)電?體化專(zhuān)業(yè)的學(xué)?和碩?學(xué)位。他的碩?論?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單樣微結(jié)構(gòu)”的論?中發(fā)表。在EOS，他研發(fā)部?屬?藝開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的?員。他和SarahBrandt共撰寫(xiě)了本??書(shū)。聯(lián)系?式：MetalPr