干貨分享！激光熔覆成形組織性能！

激光熔覆成形的概述：

        激光熔覆成形(LCF)是一種能夠制造全致密金屬零件的3D打印工藝，典型成形工藝有激光近凈成形、直接金屬沉積(DMD)等,相對(duì)于SLM、電子束熔融成形(EBM)等工藝，激光熔覆成形可以制造出更復(fù)雜、更大的零件。

         激光熔覆成形技術(shù)是在計(jì)算機(jī)控制下，根據(jù)零件的三維數(shù)據(jù)模型，利用高能激光束將粉末材料通過“離散+堆積"的制造方法實(shí)現(xiàn)零件的成形與制造。由于其獨(dú)特的成形方式，能夠解決傳統(tǒng)加工中難以解決的問題，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的快速、無模具、高性能、全致密近凈成形，因此被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域,是一項(xiàng)有著廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。

成形組織性能：

        從宏觀上來看,激光熔覆成形制件的尺寸精度和形狀精度還達(dá)不到理想要求，往往存在著氣孔和表面不平整情況；從微觀上來看，制件微觀組織性能難以控制，易產(chǎn)生裂紋及脆性斷裂。這些問題關(guān)系著激光熔覆成形制件能否達(dá)到所需性能要求，究其原因在于:

①熔覆成形過程涉及的因素很多，包括加工工藝因素、金屬粉末特性、環(huán)境因素等，這些因素在熔覆成形的極端工藝條件下表現(xiàn)較為復(fù)雜，且存在著多參數(shù)的相互耦合，因此對(duì)其理論建模十分困難；

②熔覆成形過程涉及金屬粉末快速熔化和凝固過程，熔池內(nèi)部高溫和熔融金屬液的劇烈流動(dòng)使得熔覆組織性能很難控制。決定金屬零件成形質(zhì)量的關(guān)鍵因素就是單道熔覆層的高度、寬度以及表面成形質(zhì)量。單道熔覆層質(zhì)量的好壞直接決定著整個(gè)熔覆件的質(zhì)量和成形效率。研究激光熔覆工藝參數(shù)對(duì)單道熔覆層高度、寬度以及制件表面質(zhì)量的影響對(duì)最終控制成形質(zhì)量有決定性的意義。隨著掃描速度的增大,熔覆層表面的亮度變得越來越低，表面粗糙程度增大。這是因?yàn)閽呙杷俣瓤?、能量吸收不足，部分未熔化的粉末在表面形成了半熔化的黏結(jié)堆積點(diǎn)。

        在其他條件確定不變的情況下，熔覆層的高度、寬度均隨掃描速度的增加而降低。掃描速度的增加，使得單位時(shí)間內(nèi)落人熔池的粉末量相對(duì)減少。同時(shí)，激光束與粉末接觸時(shí)間變短，粉末沒有充足的時(shí)間來吸收必要的能量。隨著激光功率的不斷增加，單道熔覆層的高度、寬度整體隨之增大，增加幅度較為明顯。因?yàn)楣β瘦^低時(shí)，基體與熔覆材料均不能得到充足的能量，熔池面積不足，導(dǎo)致單道熔覆層寬度和高度均較低。在這種情況下，少部分未熔化的粉末殘留在表面，以致單道熔覆層表面不太光滑。隨著送粉速率的增大，單道熔覆層的高度逐漸增大，且增加趨勢(shì)較平穩(wěn)。在一定范圍內(nèi)單道熔覆層寬度也平穩(wěn)增加，隨后減小。隨著離焦量的增大，單道熔覆層高度越來越小，而寬度則先增大后減小，且變化不太明顯。這是因?yàn)?在正離焦情況下，隨著離焦量增大，光斑逐漸變小，成形寬度也就自然隨之減小。但是光斑直徑變小，光束的能量密度便增大，就會(huì)使成形時(shí)單位時(shí)間內(nèi)熔融金屬液體積有所增加，因而表現(xiàn)為高度增加。當(dāng)離焦量進(jìn)人負(fù)離焦區(qū)域時(shí)光斑直徑將會(huì)隨離焦量的增大而變大，激光束能量密度開始降低。雖然光斑開始變大，進(jìn)人熔池的粉末量增加,但是由于能量密度降低，部分粉末不能完全熔化，從而減少了單位時(shí)間內(nèi)成形的體積,因此單道熔覆層高度和寬度此時(shí)略有下降。

​

       激光熔覆成形過程中熔覆層的顯微組織形貌及其性能隨著工藝參數(shù)的變化而發(fā)生變化,工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生裂紋、氣孔、脆性斷裂等缺陷,影響成形件的宏觀力學(xué)性能，因此研究工藝參數(shù)對(duì)成形組織與性能的影響十分重要。

       在我國對(duì)金屬3D打印激光熔覆成形技術(shù)的研究非常多，通過對(duì)金屬合金的調(diào)節(jié)和對(duì)及其功能的轉(zhuǎn)變，優(yōu)化工藝參數(shù)，可以獲得良好的成形制件。未來也會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的發(fā)展。3D打印不僅可以提升我國的綜合實(shí)力，還能讓減輕人力、物力、財(cái)力。減少材料的浪費(fèi)，讓資源可持續(xù)發(fā)展。