Czynniki wpływające na absorbancję lasera sproszkowanej miedzi.
1. Wpływ wielkości cząstek
Współczynnik odbicia trzech różnych rozkładów wielkości cząstek czystego proszku miedzi dla różnych laserów pokazano na poniższym rysunku, który pokazuje, że współczynnik odbicia proszku miedzi dla lasera wzrasta wraz z długością fali, szczególnie w paśmie długości fali powyżej 550 nm, współczynnik odbicia proszku miedzi dla lasera szybko rośnie, co jest głównym powodem, dla którego trudniej jest formować części miedziane przez SLM pomimo dobrej termogeniczności lasera IR 1046 nm. Absorpcja lasera o długości fali 1064 nm wyniosła 21,8 procent dla czystej proszku miedzi w zakresie {{5 }} µm, 22 procent w zakresie 15-53 µm i 39,4 procent w zakresie 5-35 µm.
Rys. Współczynnik odbicia czystego proszku miedzi z trzema rozkładami wielkości cząstek dla różnych długości fali lasera i reflektancji lasera przy 1064 nm
Na szybkość absorpcji lasera proszku metalowego wpływa wiele czynników, oprócz charakteru samego materiału proszkowego, ale także koloru proszku, temperatury, jakości powierzchni cząstek, kąta padania lasera i innych czynników. Zmieniły się zmiany wielkości cząstek spowodowane kolorem proszku miedzi i odbiciem lasera między cząstkami proszku, im mniejsze cząstki proszku, im ciemniejszy kolor proszku, im mniejszy rozmiar cząstek proszku w pewnym zakresie, tym wyższy współczynnik absorpcji przy długości fali 1064 nm laser. Im mniejszy rozmiar cząstek proszku metalowego, tym więcej razy laser będzie odbijał się między proszkiem, pośrednio zwiększając szybkość absorpcji proszku do lasera.
2. Wpływ stopu
Zbadano współczynnik odbicia lasera Cu{{0}}.8% wag. proszku Cr i porównano z absorpcją laserową czystego proszku miedzi. Współczynnik odbicia lasera dla proszku Cu-0.8 % wag. Cr przy 1064 nm wyniósł 69,5%, co było wartością niższą niż współczynnik odbicia lasera czystego proszku miedzi o tym samym rozkładzie wielkości cząstek, ale wciąż wyższym niż współczynnik odbicia lasera { {7}}um czystej miedzi w proszku, jak pokazano na poniższym rysunku. Wykazano eksperymentalnie, że Cr ma wyższą wartość absorpcji światła w porównaniu z Cu, a stały roztwór pierwiastka Cr w dystorsji sieci Cu również wpływa na szybkość absorpcji lasera, a więc w tym samym zakresie wielkości cząstek 15-53um, ze względu na po dodaniu 0,8% wag. pierwiastka Cr, szybkość absorpcji laserowej proszku Cu-0 0,8% wag. Cr jest większa niż w przypadku czystego proszku Cu przy 1064 nm, Cu -0 0,8% wag. szybkość absorpcji lasera 30,5 procent przy 1064 nm, podczas gdy wartość ta wynosi 22 procent dla czystego proszku miedzi 15-53um.
Odbicie lasera Cu-0.8% wag. Cr przy różnych długościach fali i absorpcja lasera przy 1064 nm
3. Efekt modyfikacji powierzchni
Nano TiC to czarny lepki proszek o małej wielkości cząstek, dużej powierzchni właściwej i wysokiej aktywności powierzchniowej, który jest zwykle dodawany do metalowej osnowy jako faza wzmacniająca w celu poprawy właściwości materiału. Szybkość absorpcji lasera przy 1064 nm wciąż wynosi 96,7 procent. Szybkość absorpcji laserowej proszku miedzi i stopów miedzi zostanie poprawiona poprzez modyfikację powierzchni nano-TiC.
Odbicie nano-TiC na różne długości fali lasera i przy 1064 nm
Nano-TiC został pokryty na powierzchni proszku miedzi przez mielenie kulowe i 0,05 procent, 0,1 procent, 0,2 procent, { {9}} 0,3 procent, 0,4 procent ułamka masowego nano-TiC dodano do trzech rodzajów czystego proszku miedzi z rozkładem wielkości cząstek, a współczynnik odbicia lasera każdego proszku został przetestowany za pomocą spektrofotometru UV-3600Plus UV. Z poniższego rysunku widać, że dodatek nano-TiC znacząco zmniejsza współczynnik odbicia lasera czystego proszku miedzi, a współczynnik odbicia lasera staje się coraz mniejszy wraz ze wzrostem zawartości nano-TiC przy regularnym spadku gradientu. TiC w nanoskali jest równomiernie powlekany na powierzchni proszku miedzianego za pomocą frezowania kulowego, co pokrywa oryginalny metaliczny połysk proszku miedzi, a wraz z wysoką szybkością absorpcji lasera przez sam nano-TiC, znacznie zmniejsza współczynnik odbicia lasera proszek miedzi.
Odbicie trzech czystych proszków miedzi z różnymi udziałami masowymi nano-TiC dodanymi do różnych długości fali światła laserowego. (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160um)
4. Wpływ stopowania i modyfikacji powierzchni
Współczynnik odbicia laserowego proszku Cu{{0}}.8% wag. Cr z różnymi ułamkami masowymi nano-TiC dodawanych przy różnych długościach fal pokazano poniżej. Gdy długości fal są takie same, współczynnik odbicia lasera proszku miedzi zmniejsza się wraz ze wzrostem udziału masowego dodanego nano-TiC, a absorpcja lasera proszku wynosi 67,3%, gdy udział masowy dodanego nano-TiC wynosi 0,4% wag. Wynik testu, że stopowanie powierzchni plus modyfikacja powierzchni może nadal skutecznie zmniejszać szybkość absorpcji laserowej proszku, co również stanowi pomysł na poprawę szybkości absorpcji laserowej proszku stopowego.
Współczynnik odbicia proszku Cu-0.8% wag. Cr z różnymi ułamkami masowymi TiC dodanymi do różnych długości fal światła laserowego
5. Leczenie utleniające
Współczynnik odbicia lasera trzech czystych proszków miedzi i proszków stopu Cu-0.8% wag. Cr podgrzano do 50 stopni, 150 stopni, 250 stopni, 350 stopni i utrzymywano przez 5 minut w tyglu korundowym i testowano w temperaturze pokojowej (RT ) oraz po obróbce oksydacyjnej itp. Współczynnik odbicia lasera pokazano poniżej. Absorbancja lasera trzech czystych proszków miedzi w warunkach 50 stopni i 150 stopni i utrzymywanie przez 5 minut ma niewielką zmianę w porównaniu z absorbancją lasera nieutlenionego proszku. Gdy temperatura została podniesiona do 250 stopni i utrzymywana przez 5 min, współczynnik odbicia lasera proszku znacznie spadł i osiągnął maksymalną wartość przy 350 stopniach i był utrzymywany przez 5 min. Szybkości absorpcji laserowej trzech czystych proszków miedzi wynosiły odpowiednio 61,7 procent, 68,3 procent i 64,8 procent dla 5-35um, 15-53um i 40-160um przy 350 stopniach i utrzymywane przez 5 minut, odpowiednio . Szybkości absorpcji laserowej proszków Cu-0.8% wag. Cr wzrosły z 30,5% do 41,2% i 42,3% po utlenieniu odpowiednio w 50 stopniach i 150 stopniach oraz wzrosły do 76,9 procent i 77,4 procent po utlenieniu w 250 stopniach. i 350 stopni odpowiednio w porównaniu z czystym proszkiem miedzi o takim samym rozkładzie wielkości cząstek.
Odbicie lasera przy różnych długościach fali dla różnych proszków utrzymywanych odpowiednio w 50 stopniach, 150 stopniach, 250 stopniach, 350 stopniach przez 5 minut (a: 5-35um, b:15-53um, c:40-160 um, d: Cu-0,8 % wag. Cr)
Wniosek
Istnieje wiele podejść do poprawy szybkości absorpcji laserowej proszku metalowego, ale na podstawie poprawy szybkości absorpcji laserowej proszku, czy może on zapewnić jakość formowanych części, należy eksperymentować w celu weryfikacji. Na przykład im mniejszy rozmiar cząstek proszku, tym wyższy współczynnik absorpcji lasera, ale nie oznacza to, że im mniejszy rozmiar cząstek proszku metalowego, tym lepiej, ponieważ wybrany sprzęt do topienia laserowego to pewna grubość proszku do układania, rozmiar cząstek proszku mniej niż minimalna grubość sprzętu nie będzie w stanie prawidłowo ułożyć proszku, więc odpowiedni rozmiar cząstek może nie tylko patrzeć na szybkość absorpcji lasera; W przypadku metod tworzenia stopów i modyfikacji powierzchni istniejące stopy miedzi mają dojrzałe układy, a wpływ dodatku pierwiastków śladowych na jakość formowanych części wymaga weryfikacji eksperymentalnej. Metoda utleniania powierzchni skutecznie zmniejsza współczynnik odbicia proszku miedzi do lasera, ale w przypadku proszku do produkcji dodatków metalicznych im niższa zawartość tlenu w proszku, tym mniejsza aktywność powierzchniowa, tym lepszy efekt topienia i wyższa gęstość formowania, chociaż wzrost zawartości tlenu powoduje spadek współczynnika odbicia lasera proszku, ale zawartość tlenu w proszku powinna być kontrolowana w rozsądnym zakresie.
Bibliografia: „Badanie szybkości absorpcji laserowej proszku miedzi i stopów miedzi oraz wybranego obszaru topienia i formowania laserowego”, Shen Jibiao, Uniwersytet Nauki i Technologii w Kunming
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o MRJ-Laser, odwiedź:
Maszyna do czyszczenia laserowego:https://www.mrj-laserclean.com/laser-czyszcząca-maszyna/
Maszyna do znakowania laserowego:https://www.mrj-laserclean.com/maszyna do znakowania-laserowego/
Spawarka laserowa:https://www.mrj-laserclean.com/spawarka-laserowa/
