由于兩個激光器的3D打印的試驗(yàn)中，下風(fēng)向激光器仍會受到影響，因此仍應(yīng)避免兩個熔池之間距離過大，但是在兩個激光器的情況下，熔池距離增加到100毫米。

打印層厚的影響

通常如果每個打印層的厚度較大，就需要使用較高功率的激光，進(jìn)行更高的能量輸入，這將導(dǎo)致較大的熔池，也可能產(chǎn)生更多的飛濺。此外，較高的激光功率會產(chǎn)生更強(qiáng)烈的激光光斑，從而產(chǎn)生更強(qiáng)烈的蒸汽羽流和更多的冷凝物。如果從這一點(diǎn)上來推測，層厚較大時下風(fēng)向打印樣件將受到更嚴(yán)重的影響。

然而，研究人員通過測試發(fā)現(xiàn)，厚度差別所產(chǎn)生的影響很小。在測試時，研究人員分別采用了30微米和60微米兩種層厚來打印 Inconel－718 樣件，但是兩種不同層后的經(jīng)過熱處理的Inconel－718樣件得到的測試結(jié)果非常相似（如下圖所示）。


圖片來源：Renishaw

可以看出，兩種不同層厚樣件的機(jī)械性能退化與熔池距離之間的關(guān)系非常接近。雖然其中每個數(shù)據(jù)點(diǎn)存在一些細(xì)節(jié)差異，一旦考慮了交互過程的隨機(jī)性質(zhì)，這些結(jié)果基本相同。

哪種因素影響最大？

在上述研究中，研究人員探討了影響下風(fēng)向熔化質(zhì)量的三個因素，即：去聚焦、遮蔽和飛濺摻入。 前兩個因素通過空氣傳播的顆粒干擾下風(fēng)向激光束，而第三個因素發(fā)生在粉末床表面。 那么，在這三個因素中，哪一個對下風(fēng)向熔化質(zhì)量的影響最大呢？

為此，研究人員使用新的激光掃描策略進(jìn)行了測試。在新測試中，激光器進(jìn)行列陣列掃描，首先熔化最上風(fēng)向的樣件，然后熔化處于下風(fēng)向的樣件。這意味著下風(fēng)向樣件不再受到前兩個因素的影響，但是仍然會受到第三個因素的影響。


圖片來源：Renishaw

在上圖中，最上方兩條曲線下風(fēng)向打印樣件分別在3個上風(fēng)向激光器和1個上風(fēng)向激光器空氣傳播因素影響下的測試結(jié)果，最下方曲線為下風(fēng)向打印樣件僅在表面飛濺因素（upwind then dowwind）影響下的測試結(jié)果。

在該試驗(yàn)中，下風(fēng)向樣件顯示出拉伸性能的降低非常小，并且它們的表面粗糙度也幾乎不受影響。上風(fēng)向產(chǎn)生的碎片對熔化性能的影響很小。研究人員認(rèn)為，這些結(jié)果也表明多激光之間相互發(fā)生作用的主要因素是去聚焦、遮蔽這樣的空氣傳播因素。

研究人員提示，該試驗(yàn)是基于雷尼紹的多激光器3D打印設(shè)備RenAM 500Q 中進(jìn)行的，不同的多激光器3D打印設(shè)備所發(fā)生的激光相互作用結(jié)果也將有所差異。

多激光器3D打印策略

通過上述研究，研究人員已經(jīng)找到了多激光器3D打印設(shè)備中影響打印樣件質(zhì)量的因素，那么，應(yīng)該如何將這些知識應(yīng)用于多激光器設(shè)備的3D打印中呢？

－用多激光器設(shè)備批量生產(chǎn)多個零件

當(dāng)零件陣列尺寸等于或大于激光器數(shù)量時，可以選擇為每個零件分配一個激光，并以“列”的方式進(jìn)行打印，激光器向上風(fēng)向移動。

－用多激光器設(shè)備生產(chǎn)單個大型零件

可以嘗試為每個激光器分配部件的水平區(qū)域來完全避免下風(fēng)向處理，但這種方式的不足之處是，將在零件表面上有見證標(biāo)記，并在區(qū)域邊界處零件經(jīng)過重新熔化。此外，采用這種激光策略時不太可能平等地使用所有的激光器，除非打印部件具有非常規(guī)則的形狀。

更好的策略是使用符合熔池距離規(guī)則的策略，在整個部件中使用所有四個激光器。這種方法確保所有四個激光器保持工作的時間大約相同，從而最小化每個層的加工時間。使用單個激光來處理每個邊界掃描是有意義的，這樣將避免表面不連續(xù)。激光器保持彼此靠近，與下風(fēng)向熔池之間的距離保持最小。

總結(jié)

多激光器3D打印技術(shù)具有更高的生產(chǎn)效率，然而多個激光器之間會產(chǎn)生相互作用，這種相互作用與它們之間的距離相關(guān)，并且在某些情況下，這種相互作用會對3D打印的部件質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。了解發(fā)生相互作用的機(jī)制則有助于合理規(guī)劃多激光器3D打印設(shè)備的激光策略，以高效靈活的方式構(gòu)建3D打印零件。