最近几年的世界前沿金属3D打印技术发展及曼彻斯特大学先进激光技术成果分享——英国皇家工程院院士、曼彻斯特大学激光中心主任李琳院士

时间:2018-06-27 15:03来源:未知
由中国 3D打印技术 产业联盟和世界3D打印技术产业联盟、南方日报共同主办,佛山市,南海区,大沥镇三级政府支持的第五届世界3D打印技术产业大会于2018年6月17/18日在佛山大沥成功举行,来自国内外900多位代表出席大会,并就3D打印重新定义制造业这个主题展开

 由中国3D打印技术产业联盟和世界3D打印技术产业联盟、南方日报共同主办,佛山市,南海区,大沥镇三级政府支持的第五届世界3D打印技术产业大会于2018年6月17/18日在佛山大沥成功举行,来自国内外900多位代表出席大会,并就3D打印重新定义制造业这个主题展开热烈讨论。

下面有请英国皇家工程院院士、曼彻斯特大学激光中心主任李琳院士为我们作主题演讲。

李琳:各位早上好,很高兴有机会在这里跟大家分享。

今天主要跟大家交流基于金属的3D打印最近几年的发展,尤其是我们曼彻斯特大学的工作跟大家交流一下。

基于金属的3D打印目前主要用激光技术,因为涉及到需要高温来熔化、金属来成型,基本上有两种方法,一种是铺粉技术,也就是选区熔化,就是一层一层地铺粉,铺完粉以后用激光把部分的粉末金属材料熔化,当然了也可以非金属,陶瓷和塑胶材料也可以用这种方法。另一种通常认为就是送粉,大部分都是同轴送粉,激光在送粉的同时把材料熔化。

举一些例子,很多复杂的几何形状的产品工件用传统方法很难做得到,用激光3D打印办法就可以形成。不仅可以作为产品的制造,同时也可以作为产品的维修、增加几何特点。

我主要在大学里工作,理论工作做了一些,所以先从理论工作来向大家分享。

首先介绍热和材料在激光同轴送粉过程中的一些基本现象。首先激光和送粉的这个粉之间的相互影响,对粉和对激光有什么影响。粉从旁边或者中间送,大部分都是从边上送粉,然后和激光交叉,激光把这个粉末在材料表面熔池中熔化。要考虑激光的容量分布,要考虑粉的尺寸和几何形状,以及粉的运动速度和流量,这样它们之间相互作用以后,对粉末的温度会有影响,同时这个粉对激光也有影响,他们之间的相互作用我们做了一些分析。对镍合金,左边是实验结果,右边是理论结果,相互比较在某一点上还是有相近的。激光的能量分布理论上和测量来进行比较,我们看到,激光和材料粉末的相互作用,这个粉末温度在不同位置不一样,而且温度升高,这样对我们预测3D打印最后材料的影响会有一些帮助。同时,这个粉末对激光也是有一些影响,在不同的位置上对激光的减少、对激光功率、能量分布的影响,这样对我们了解激光对同轴送粉材料3D打印的影响会有一些帮助,这也是粉末在不同位置上的温度,实际上不是一个均匀分布。

在激光同轴送粉的3D打印大众还有对熔池、几何形状形成这么做描述,我们做了一些工作,这里列出了4篇文章,供大家参考。激光是在不断运动的,在运动过程中这个材料也不断增长,激光和增加材料之间的相互作用我们进行了分析,比如热传导热在里面的流动情况,以及整个材料增加的过程,这样就可以看到它的分布状况,从一维到二维到三维逐渐变化,同时对熔池的大小也有一个推测,对整个能量分布就有一个预测,多少能量有来熔化材料,哪些传统热传导损失了,哪些通过蒸发或者其他方式损失了,对不同的激光分布是不一样的,上面是半导体激光,中间是亚克激光,下面是二氧化碳激光。通常是用连续激光是用同轴送粉,也有脉冲式激光,和材料相互的作用也有一个表示,这里是不同光的脉冲宽度和重复的多少个脉冲,和实验比,蓝颜色和黑颜色一个是实验、一个是理论,基本上是吻合的。不同的脉宽对熔池的影响,这个可以让我们控制材料的性能。材料的性能由尺寸、形状、分布和决定,尤其是金属材料,才一个脉冲的时候,有激光和没激光的比例,用这个东西来控制材料尺寸,右边这个图是通过理论和实验来表示金格的尺寸来控制。这个有什么好处?就是可以控制材料的性能。

我们发现一个基本的现象,不同方向的热传导是不一样的。这个过去是不知道的,我们过去认为任何一个方向的热传导是一样的,实际上是不一样的,我们通过数字模型来进行材料的分析,在不同方向上的热传导率是不一样的,这样的话我们进行晶格的时候引入。过去没有人知道这个现象,我们引入是个相异性热传导的特性,右下角就是采用个相异性的热传导,计算出来的结果就和融化大小的实际误差很大。同时也让我们能够预测出来各种情况下的冷却速度。冷却速度决定晶力的大小。这是模型计算出来的激光3D打印时,同轴送粉的时候不仅是熔池,材料的高、宽和深度的情况,右边是经过各项异性热传导计算出来的,和实验比较吻合。 (责任编辑:世界3D打印技术产业联盟)

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