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中科煜宸高通量送粉打印设备助力材料研究

作者:煜宸激光 发布时间:2021-05-22点击:603

     2021年度亚洲TCT展前夕,郑州中科煜宸激光技术有限公司公开了一款最新研发的高通量送粉激光打印设备,并将于展会期间与公众见面。


       材料高通量制备技术可以在短时间内制备大量不同组分、不同组织的新型材料,是加速材料研发与应用的关键技术,被列为材料基因组计划的三大技术要素之一。郑州中科煜宸激光技术有限公司携手济南航空大学、西北工业大学,在激光定向能量沉积技术基础上,结合高通量材料成分设计、智能化多通道送粉控制和合金成分快速检测等技术,开发出了LDM8060-6型高通量送粉激光打印机。




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  该型打印机的原理是在程序控制下将多路送粉器送出的不同材质的粉末材料按照设计好的比例均匀混合并送出,激光将混合后的材料熔化成形,从而制备出成分可控的致密金属材料。因为可以实时调整粉末比例及制造工艺,该设备可以快速、高通量地制备具有不同微区成分、相结构和组织的块体材料,显著提高新材料研发和应用的效率。


  LDM8060-6设备配置了2kW光纤激光器和6通道送粉系统,运动机构为5轴联动系统,包括X、Y、Z三个直线轴和旋转、摆动两个转动轴。有效加工范围为800×600×500mm。同时,还配备了智能在线监测健康管理系统RC-Argus,可保障设备运行的稳定性、可靠性,打印工件质量的可追溯性。为了避免材料在激光熔化过程中氧化或掺入空气中的杂质,工作空间为充满氩气的密封舱,可以获得极低氧含量、水含量的高纯净工作环境。


  高精度送粉器具有6路粉筒,采用气载式送粉,带搅拌、泄压式粉末混合装置。可以输送金属粉末、陶瓷颗粒粉末等,金属粉末适用尺度范围为45-150μm,非金属粉末14-100μm。所有粉筒可以单独或者联合控制。送粉控制软件可实现粉路联动选取、配方设定、配方曲线检测等功能。


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图1.  高通量送粉控制界面曲线图


  LDM8060-6高通量送粉激光打印系统的另一个应用是快速制备功能梯度材料,激光打印制备梯度材料适应面较广,既可以制备 FGM(Functionally Gradient Materrials,功能梯度材料) 涂层也可以制备 FGM 体材,其制备速度快、材料利用率高、成分设计更加灵活,过渡更加均匀,而且成形件尺寸精度高、组织致密、晶粒细化,具有优良的使用性能。

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图2.  高通量送粉均匀性EDS能谱元素分布图




  西北工业大学和济南航空大学合作利用LDM8060-6同轴送粉系统,开展了对In718(镍基合金) + Fe313(铁基)、In718(镍基合金)和316L(不锈钢)等梯度材料的成形工艺及组织进行了相关的研究分析,通过调整粉末的输送量和输送比例已经实现铁基、镍基、钛基、陶瓷等两种或两种以上材料成分设计及制备,制备出了过渡区成分均匀可控、比例连续变化的梯度材料,其生产周期短、加工速度快、设计灵活。


  采用该设备实现了Inconel718镍基高温合金中Co元素的梯度添加,在不同位置获得了不同Co含量材料,实现了显微组织的梯度过渡。

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图3.Inconel718镍基高温合金中Co元素的梯度添加金相图




  采用金属原位分析系统对增材样品成分Ni、Si、Mn、Cr、Mo、W等元素进行成分分布分析。

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图4.  高通量增材制造成型样品测试范围


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图5. 高通量增材制造成型样品元素分布图



  未来将LDM8060-6高通量送粉激光打印与材料计算软件相结合,可用于金属及其复合材料的组分优化设计、新型多组分合金的快速制备与筛选等,为材料基因计划中双减半的目标提供研究条件。



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