Formnext 2024：灵活的光束整形平台优化 LPBF 工艺 – 3D打印行业资讯网

弗劳恩霍夫激光技术研究所 (Fraunhofer ILT) 开发了一个用于优化激光粉末床熔融 (LPBF) 工艺的新平台。该研究所指出，定制光束轮廓可提高零件质量、减少材料损失并提高单光束工艺的成型率。他们将于 11 月 19 日至 22 日在德国法兰克福举行的 Formnext 2024 展会上展示该测试系统。

该研究所和亚琛工业大学光学系统技术主席正在合作创建一个测试系统，使他们能够研究高达 2kW 功率水平的复杂激光束轮廓，以便为工业合作伙伴量身定制解决方案。目前，在许多LPBF工艺中，激光功率通常在300-400W之间。然而，他们使用的标准高斯激光束有明显的缺点。

该研究所表示：光束中心的高功率集中会导致局部过热和材料蒸发以及工艺不稳定，这两种情况都会因飞溅和气孔而影响零件质量。这意味着 LPBF 系统中的激光功率（通常高达 1kW）不能用于大多数材料。该研究所激光粉末床聚变系的博士生 Marvin Kippels 表示，加快这一过程的一种方法是并行使用多个激光器和光学系统。然而，成本至少与安装的系统数量成正比。

上图：LCoS-SLM 通过选择性弯曲激光束的相前，可以在 LPBF 工艺中产生几乎任何光束轮廓；右：马文·基佩尔斯；下图：在 LCoS-SLM 的相位掩模上反射后，传播过程中激光束强度的重新分布

提高生产力

在实践中，这些系统并不总是能够统一使用，这意味着生产率的提高不太可能与功率的增加成正比。因此，提高单光束工艺的生产率是一种可行的方法，也可以应用于多光束系统。

先前的研究表明，即使是简单的光束形状，例如矩形、环形或两个高斯分布的组合，也可以在工件质量和加工速度方面产生良好的结果。迄今为止，由于缺乏必要的系统技术，更复杂的光束形状的潜力在很大程度上尚未得到开发。

“由于其动态特性，激光束和材料在加工过程中的相互作用非常复杂，模拟只能提供实际熔池行为的指示，”Kippels 说。他目前正在构建一种使用 LCoS-SLM（硅基液晶-SLM）的方法。一种新的空间光调制器系统，使研究人员能够研究 LPBF 处理期间几乎任何光束轮廓。

Kippels 表示：“由于这一创新系统的激光功率高达 2kW，因此它是一个在 LPBF 工艺中以极高功率水平测试新光束形状的平台，以便为各个 LPBF 任务确定适当的系统技术。”有针对性地优化 LPBF 工艺。”

灵活的型材

目前，系统技术经常被宣传为能够生产特定形状的梁，例如环形或顶帽型材。然而，这些光束形状的选择并不是基于对底层过程机制的深入理解，这反映在有关该主题的有时相互矛盾的文献中。

只有从根本上了解该过程，我们才能确定使用哪种调整方法来实现某些目标，例如特定的熔体通道几何形状。这意味着必须针对应用开发和优化光束形状，然后在公司内部理想地实施，而不需要 LCoS-SLM 技术。

Kippels表示：虽然我们仍处于早期阶段，但我们已经看到了光束整形技术为LPBF工艺带来的巨大潜力。没有完美的光束形状，每种应用都有自己的要求。得益于灵活的光束整形技术，可以为每个工艺找到理想的分布，并为相关任务找到最佳工艺参数。