Fraunhofer最新数据：Cu等高反材料如何毁掉你的SLM打印机

发布时间：2022-09-06 15:02:04 人气：864

从业几年的朋友可能听说过铝合金和铜合金具有“高反”特性，把激光都反射跑了，部分反射光甚至会损坏价格昂贵的扫描振镜，这也是很多单位不敢轻易打印纯铜的原因，不仅零件的致密度不高而且会损坏设备。

今天的介绍基于一篇于2022年3月26日挂网《Materials & Design》（影响因子7.991）的综述文章《激光增材中粉末特性对吸收率的研究》，这篇文章由瑞典理工大学、弗劳恩霍夫材料和光束技术研究所、德国业纳集团共同完成。

他们测定了钛合金、铝合金、模具钢、镍钛合金、高熵合金、铬、铜、黄铜和铁矿石等16个牌号的39种金属粉末对不同波长激光的吸收率。分析了粉末粒径和时效状态对吸收率的影响。测量结果为确定各种材料的工艺参数提供了良好的理论基础，也为进一步优化金属粉末对激光的吸收率提供了数据参考。

01 为什么要做这个研究

光是一种电磁辐射/波，其与物质的相互作用机制可以大致分为三类：

（1）物质对光的传输特性，它可以使光在光纤和透镜中传输。

（2）物质对光的吸收特性，光与物质发生强烈的相互作用，在这个过程中，光电子被电子吸收并转化为声子，结果是物质升温。

（3）物质对光的反射特性，反射发生在表面，但不会将所有光都反射走，总有一部分光会穿透材料被吸收。

这三种机制都强烈依赖于所用电磁辐射的波长。

具体到金属增材制造，加工的效率和工艺稳定性在很大程度上取决于所用材料对激光的吸收率和反射率，也就是说很大程度上受激光波长的影响。目前主流的SLM设备使用1070±10nm波长的红外激光；通快因为自己研发激光器的优势，给自己设备配置了更短波长的碟片式绿光激光器，但价格不菲；上交大和深圳的联瀛激光正在推进红+蓝混合激光在金属增材领域的应用，这个方向的研究放眼全球也是非常前沿的，着实为国人争了一把光。（这算是题外话了）上交大+联赢激光红蓝混合激光器解决高反材料成形难题

针对同一种波长的激光，金属粉末的粒径大小、粒径分布、堆积状态（铺粉状态）、表面氧化物也都会影响材料对激光的吸收率。对吸收率错误的认知可能会导致打印失败或花费更多的时间摸索工艺参数，模拟或预测只能获得有限水平的认知，需要实际测量值进行对比验证。这就是开展这个工作的原因。

02 都测试了哪些材料

材料	状态	粒径[um]
德国牌号1.0428 美国牌号B 420 N 常说的420不锈钢	新粉末	20-53
德国牌号1.2344 美国牌号H13 中国牌号4Cr5MoSiV1	新粉末	15-45
德国牌号1.2344 美国牌号H13 中国牌号4Cr5MoSiV1	使用过的粉末	18-45
德国牌号1.4404 美国牌号316L 中国牌号022Cr17Ni12Mo2	新粉末	<5
		20-53
		22-45
	使用过的粉末	26-45
德国牌号1.4542 美国牌号630 中国牌号05Cr17Ni4Cu4Nb	新粉末	<5
德国牌号1.4542 美国牌号630 中国牌号05Cr17Ni4Cu4Nb	新粉末	<10
德国牌号1.7131 美国牌号5115 中国牌号15CrMn钢	新粉末	20-63
德国牌号2.4668 美国牌号In718 中国牌号GH4169	新粉末	50-100
TiCoCrFeNiMo 高熵合金	新粉末	10-53
AlSi10Mg	新粉末	20-53
	新粉末	63-105
	时效 48 h	63-105
	时效 96 h	63-105
AlSi40	新粉末	24-58
纯Ti	新粉末	24-48
Ti64/TC4	新粉末	20-53
NiTi	新粉末	25-45
铬	新粉末	1500-3000
铬	新粉末	15-45
纯铜	新粉末	15-45
纯铜	表面氧化处理	15-45
黄铜	球磨	121-381
铁矿石	原始状态	<90
铁矿石	原始状态	45-4600