Faktory ovlivňující laserovou absorpci měděného prášku.
1. Dopad velikosti částic
Odrazivost tří různých distribucí velikosti částic čistého měděného prášku pro různé lasery je znázorněna na obrázku níže, který ukazuje, že odrazivost měděného prášku pro laser se zvyšuje s vlnovou délkou, zejména v pásmu vlnové délky nad 550 nm, odrazivost měděného prášku pro laser rychle stoupá, což je hlavní důvod, proč je obtížnější vytvářet měděné části SLM navzdory dobré termogenitě 1046nm IR laseru. Absorpce laseru o vlnové délce 1064 nm byla 21,8% pro čistý měděný prášek v rozmezí 40-160 μm, 22% v rozmezí 15-53 μm a 39,4% v rozmezí 5-35 μm.
Fík. Odrazivost čistého měděného prášku se třemi distribucemi velikosti částic pro různé vlnové délky laseru a laserovou odrazivost při 1064nm
Rychlost absorpce kovového prášku laserem je ovlivněna řadou faktorů, kromě povahy samotného práškového materiálu, ale také barvou prášku, teplotou, kvalitou povrchu částic, úhlem dopadu laseru a dalšími faktory. Změny velikosti částic způsobené barvou měděného prášku a laserovým odrazem mezi práškovými částicemi se změnily, čím menší jsou práškové částice, tím tmavší je prášková barva, tím menší je velikost práškových částic v určitém rozsahu, tím vyšší je rychlost absorpce laseru o vlnové délce 1064 nm. Čím menší je velikost částic kovového prášku, tím vícekrát se laser odrazí mezi práškem, což nepřímo zvýší rychlost absorpce prášku do laseru.
2. Účinek legování
Laserová odrazivost Cu-0,8 wt% Cr prášku byla testována a porovnána s laserovou absorpcí čistého měděného prášku. Laserová odrazivost Cu-0,8 wt% Cr prášku při 1064 nm byla 69,5%, což bylo nižší než laserová odrazivost čistého měděného prášku se stejnou distribucí velikosti částic, ale stále vyšší než laserová odrazivost 5-35um čistého měděného prášku, jak je znázorněno na obrázku níže. Bylo experimentálně prokázáno, že Cr má vyšší hodnotu absorpce světla ve srovnání s Cu a pevný roztok prvku Cr v Cu mřížovém zkreslení také ovlivňuje rychlost absorpce laseru, takže ve stejném rozsahu velikosti částic 15-53um, díky přidání 0,8wt% Cr prvku, je rychlost absorpce laseru Cu-0.8wt%Cr prášku větší než u čistého Cu prášku při 1064nm, Cu -0,8wt%Cr prášek má rychlost absorpce laseru 30,5% při 1064 nm, zatímco hodnota je 22% pro 15-53um čistý měděný prášek.
Laserová odrazivost Cu-0,8wt%Cr při různých vlnových délkách a absorpce laseru při 1064nm
3. Účinek úpravy povrchu
Nano TiC je černý viskózní prášek s malou velikostí částic, velkou specifickou povrchovou plochou a vysokou povrchovou aktivitou, který se obvykle přidává do kovové matrice jako posilující fáze pro zlepšení vlastností materiálu. Rychlost absorpce laseru při 1064 nm je stále až 96,7%. Rychlost laserové absorpce mědi a prášku ze slitiny mědi bude zlepšena povrchovou modifikací nano-TiC.
Odrazivost nano-TiC na různé vlnové délky laseru a při 1064 nm
Nano-TiC byl potažen na povrchu měděného prášku kuličkovým frézováním a 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% hmotnostní podíl nano-TiC byl přidán do tří druhů čistého měděného prášku s distribucí velikosti částic a laserová odrazivost každého prášku byla testována UV-3600Plus UV spektrofotometrem. Z níže uvedeného obrázku je vidět, že přidání nano-TiC významně snižuje laserovou odrazivost čistého měděného prášku a laserová odrazivost se zmenšuje a zmenšuje se zvyšujícím se obsahem nano-TiC při pravidelném poklesu gradientu. Nano-velikost TiC je rovnoměrně potažena na povrchu měděného prášku kuličkovým frézováním, které pokrývá původní kovový lesk měděného prášku a spolu s vysokou mírou absorpce laseru samotným nano-TiC výrazně snižuje laserovou odrazivost měděného prášku.
Odrazivost tří čistých měděných prášků s různými hmotnostními frakcemi nano-TiC přidaných k různým vlnovým délkám laserového světla. (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160um)
4. Účinek legování a úpravy povrchu
Laserová odrazivost prášku Cu-0.8wt%Cr s různým hmotnostním zlomkem nano-TiC přidaným na různých vlnových délkách je uvedena níže. Když jsou vlnové délky stejné, laserová odrazivost měděného prášku klesá s tím, jak stoupá hmotnostní podíl přidaného nano-TiC, a laserová absorpce prášku je 67,3%, když hmotnostní podíl přidaného nano-TiC je 0,4wt%. Výsledek testu, že povrchové legování plus úprava povrchu mohou stále účinně snížit rychlost absorpce prášku laserem, což také poskytuje nápad na zlepšení rychlosti absorpce laserového prášku slitiny.
Odrazivost Cu-0,8wt%Cr prášku s různými hmotnostními frakcemi TiC přidanými k různým vlnovým délkám laserového světla
5. Oxidační úprava
Laserová odrazivost tří čistých měděných prášků a prášků ze slitiny Cu-0,8wt% Cr byla zahřátá na 50 ° C, 150 ° C, 250 ° C, 350 ° C a udržována po dobu 5 minut v korundovém kelímku a testována při pokojové teplotě (RT) a po oxidačním ošetření atd. Odrazivost laseru je uvedena níže. Laserová absorbance tří čistých měděných prášků za podmínek 50 °C a 150 °C a držení po dobu 5 minut má malou změnu ve srovnání s laserovou absorpcí neoxidovaného prášku. Když byla teplota zvýšena na 250 ° C a udržována po dobu 5 minut, laserová odrazivost prášku se výrazně snížila a dosáhla maximální hodnoty při 350 ° C a držela se po dobu 5 minut. Rychlost laserové absorpce tří čistých měděných prášků byla 61,7%, 68,3% a 64,8% pro 5-35um, 15-53um a 40-160um při 350 ° C a držela se po dobu 5 minut. Rychlost absorpce laserem prášků Cu-0,8wt%Cr se zvýšila z 30,5% na 41,2% a 42,3% po oxidaci při 50 ° C a 150 ° C a zvýšila se na 76,9% a 77,4% po oxidaci při 250 ° C a 350 ° C ve srovnání s čistým měděným práškem se stejnou distribucí velikosti částic.
Odrazivost laseru na různých vlnových délkách pro různé prášky udržované při 50 °C, 150 °C, 250 °C, 350 °C po dobu 5 minut (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160um, d: Cu-0.8wt%Cr)
Závěr
Existuje mnoho přístupů ke zlepšení rychlosti laserové absorpce kovového prášku, ale na základě zlepšení rychlosti laserové absorpce prášku, zda může zajistit kvalitu tvarovaných částí, je třeba experimentovat, aby se ověřilo. Například čím menší je velikost práškových částic, tím vyšší je rychlost absorpce laseru, ale to neznamená, že čím menší je velikost částic kovového prášku, tím lépe, protože vybrané laserové tavicí zařízení je určitá tloušťka práškového prášku, velikost práškových částic menší než minimální tloušťka zařízení nebude schopna správně položit prášek, takže vhodná velikost částic se nemůže dívat pouze na rychlost absorpce laseru; Pro metody legování a povrchové modifikace mají stávající slitiny mědi vyspělé systémy a vliv přidání stopových prvků na kvalitu tvarovaných dílů vyžaduje experimentální ověření. Metoda povrchové oxidace účinně snižuje odrazivost měděného prášku na laser, ale u prášku pro výrobu kovových přísad platí, že čím nižší je obsah kyslíku v prášku, tím menší je povrchová aktivita, tím lepší je účinek tavení a tím vyšší je hustota tváření, i když zvýšení obsahu kyslíku snižuje odrazivost laseru prášku, ale obsah kyslíku v prášku by měl být kontrolován v přiměřeném rozmezí.
Bibliografie: "A Study on the Laser Absorption Rate of Copper and Copper Alloy Powder and its Selected Area Laser Melting and Forming", Shen Jibiao, Kunming University of Science and Technology
Pokud se chcete dozvědět více informací o MRJ-Laser, navštivte:
Laserový čisticí stroj:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Laserový značkovací stroj:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Laserový svařovací stroj:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
