Παράγοντες που επηρεάζουν την απορρόφηση λέιζερ της σκόνης χαλκού.
1.Επιπτώσεις του μεγέθους των σωματιδίων
Η ανάκλαση τριών διαφορετικών κατανομών μεγέθους σωματιδίων καθαρής σκόνης χαλκού για διαφορετικά λέιζερ φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, το οποίο δείχνει ότι η ανάκλαση της σκόνης χαλκού για λέιζερ αυξάνεται με το μήκος κύματος, ειδικά στη ζώνη μήκους κύματος πάνω από 550nm, η ανάκλαση της σκόνης χαλκού για λέιζερ αυξάνεται γρήγορα, γι 'αυτό είναι πιο δύσκολο να σχηματιστούν χάλκινα μέρη από το SLM παρά την καλή θερμογονικότητα του λέιζερ IR 1046nm. Η απορρόφηση του λέιζερ μήκους κύματος 1064nm ήταν 21,8% για καθαρή σκόνη χαλκού στην περιοχή των 40-160 μm, 22% στην περιοχή των 15-53 μm και 39,4% στην περιοχή των 5-35 μm.
Σύκο. Ανάκλαση καθαρής σκόνης χαλκού με τρεις κατανομές μεγέθους σωματιδίων για διαφορετικά μήκη κύματος λέιζερ και ανάκλασης λέιζερ στα 1064nm
Ο ρυθμός απορρόφησης λέιζερ της μεταλλικής σκόνης επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, εκτός από τη φύση του ίδιου του υλικού σκόνης, αλλά και από το χρώμα της σκόνης, τη θερμοκρασία, την ποιότητα της επιφάνειας των σωματιδίων, τη γωνία πρόσπτωσης λέιζερ και άλλους παράγοντες. Οι αλλαγές στο μέγεθος των σωματιδίων που προκαλούνται από το χρώμα της σκόνης χαλκού και την αντανάκλαση λέιζερ μεταξύ των σωματιδίων σκόνης άλλαξαν, όσο μικρότερα είναι τα σωματίδια σκόνης, όσο πιο σκούρο είναι το μέγεθος σωματιδίων σκόνης σε ένα ορισμένο εύρος τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός απορρόφησης του λέιζερ μήκους κύματος 1064nm. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων της μεταλλικής σκόνης, τόσο περισσότερες φορές το λέιζερ θα αντανακλάται μεταξύ της σκόνης, αυξάνοντας έμμεσα το ρυθμό απορρόφησης της σκόνης στο λέιζερ.
2. Επίδραση της κραματοποίησης
Η ανάκλαση με λέιζερ της σκόνης Cu-0,8% κ.β. Cr δοκιμάστηκε και συγκρίθηκε με την απορρόφηση λέιζερ καθαρής σκόνης χαλκού. Η ανάκλαση με λέιζερ της σκόνης Cu-0,8 wt% Cr στα 1064 nm ήταν 69,5%, η οποία ήταν χαμηλότερη από την ανάκλαση με λέιζερ καθαρής σκόνης χαλκού με την ίδια κατανομή μεγέθους σωματιδίων, αλλά εξακολουθεί να είναι υψηλότερη από την ανάκλαση λέιζερ καθαρής σκόνης χαλκού 5-35um, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι το Cr έχει υψηλότερη τιμή απορρόφησης φωτός σε σύγκριση με το Cu και το στερεό διάλυμα του στοιχείου Cr σε παραμόρφωση πλέγματος Cu επηρεάζει επίσης τον ρυθμό απορρόφησης λέιζερ, οπότε στο ίδιο εύρος μεγέθους σωματιδίων 15-53um, λόγω της προσθήκης του στοιχείου 0.8wt% Cr, ο ρυθμός απορρόφησης λέιζερ της σκόνης Cu-0.8wt% Cr είναι μεγαλύτερος από αυτόν της καθαρής σκόνης Cu στα 1064nm, Η σκόνη Cu -0.8wt%Cr έχει ρυθμό απορρόφησης λέιζερ 30.5% στα 1064 nm, ενώ η τιμή είναι 22% για σκόνη καθαρού χαλκού 15-53um.
Ανάκλαση λέιζερ Cu-0.8wt%Cr σε διαφορετικά μήκη κύματος και απορρόφηση λέιζερ στα 1064nm
3. Το αποτέλεσμα της τροποποίησης της επιφάνειας
Το Nano TiC είναι μια μαύρη ιξώδης σκόνη με μικρό μέγεθος σωματιδίων, μεγάλη ειδική επιφάνεια και υψηλή επιφανειακή δραστηριότητα, η οποία συνήθως προστίθεται στη μεταλλική μήτρα ως ενισχυτική φάση για τη βελτίωση των ιδιοτήτων του υλικού. Ο ρυθμός απορρόφησης λέιζερ στα 1064 nm εξακολουθεί να είναι τόσο υψηλός όσο 96.7%. Ο ρυθμός απορρόφησης λέιζερ της σκόνης χαλκού και κράματος χαλκού θα βελτιωθεί με επιφανειακή τροποποίηση του nano-TiC.
Ανάκλαση του nano-TiC σε διαφορετικά μήκη κύματος λέιζερ και στα 1064 nm
Το nano-TiC επικαλύφθηκε στην επιφάνεια της σκόνης χαλκού με άλεση σφαιρών και 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% κλάσμα μάζας νανο-TiC προστέθηκε σε τρία είδη καθαρής σκόνης χαλκού με κατανομή μεγέθους σωματιδίων και η ανάκλαση λέιζερ κάθε σκόνης δοκιμάστηκε με φασματοφωτόμετρο UV-3600Plus UV. Από το παρακάτω σχήμα, μπορεί να φανεί ότι η προσθήκη νανο-TiC μειώνει σημαντικά την ανακλαστικότητα λέιζερ της καθαρής σκόνης χαλκού και η ανακλαστικότητα λέιζερ γίνεται όλο και μικρότερη με την αύξηση της περιεκτικότητας σε νανο-TiC σε τακτική μείωση της κλίσης. Το TiC νανο-μεγέθους επικαλύπτεται ομοιόμορφα στην επιφάνεια της σκόνης χαλκού με άλεση σφαιρών, η οποία καλύπτει την αρχική μεταλλική λάμψη της σκόνης χαλκού και μαζί με τον υψηλό ρυθμό απορρόφησης του λέιζερ από το ίδιο το nano-TiC, μειώνει σημαντικά την ανακλαστικότητα λέιζερ της σκόνης χαλκού.
Ανάκλαση τριών καθαρών σκονών χαλκού με διαφορετικά κλάσματα μάζας νανο-TiC που προστίθενται σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός λέιζερ. (α:5-35um, β:15-53um, γ:40-160um)
4. Επίδραση της κραματοποίησης και της τροποποίησης της επιφάνειας
Η ανάκλαση λέιζερ της σκόνης Cu-0.8wt% Cr με διαφορετικό κλάσμα μάζας νανο-TiC που προστίθεται σε διαφορετικά μήκη κύματος φαίνεται παρακάτω. Όταν τα μήκη κύματος είναι τα ίδια, η ανάκλαση λέιζερ της σκόνης χαλκού μειώνεται καθώς αυξάνεται το κλάσμα μάζας του νανο-TiC που προστίθεται και η απορρόφηση λέιζερ της σκόνης είναι 67,3% όταν το κλάσμα μάζας του νανο-TiC που προστίθεται είναι 0,4wt%. Το αποτέλεσμα της δοκιμής ότι το επιφανειακό κράμα συν την τροποποίηση της επιφάνειας μπορεί ακόμα να μειώσει αποτελεσματικά το ρυθμό απορρόφησης λέιζερ της σκόνης, το οποίο παρέχει επίσης μια ιδέα για τη βελτίωση του ρυθμού απορρόφησης λέιζερ της σκόνης κράματος.
Ανάκλαση σκόνης Cu-0.8wt%Cr με διαφορετικά κλάσματα μάζας TiC που προστίθενται σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός λέιζερ
5. Επεξεργασία οξείδωσης
Η ανάκλαση με λέιζερ τριών καθαρών σκονών χαλκού και σκονών κράματος Cu-0.8wt% Cr θερμάνθηκε στους 50 ° C, 150 ° C, 250 ° C, 350 ° C και διατηρήθηκε για 5 λεπτά σε χωνευτήριο κορουνδίου και δοκιμάστηκε σε θερμοκρασία δωματίου (RT) και μετά από επεξεργασία οξείδωσης κ.λπ. Η ανάκλαση λέιζερ φαίνεται παρακάτω. Η απορρόφηση με λέιζερ των τριών καθαρών κόνεων χαλκού υπό συνθήκες 50°C και 150°C και διατήρηση για 5min έχει μια μικρή αλλαγή σε σύγκριση με την απορρόφηση laser της μη οξειδωμένης σκόνης. Όταν η θερμοκρασία αυξήθηκε στους 250 °C και διατηρήθηκε για 5 λεπτά, η ανακλαστικότητα λέιζερ της σκόνης μειώθηκε σημαντικά και έφτασε στη μέγιστη τιμή στους 350 ° C και διατηρήθηκε για 5 λεπτά. Τα ποσοστά απορρόφησης λέιζερ των τριών καθαρών σκονών χαλκού ήταν 61,7%, 68,3% και 64,8% για 5-35um, 15-53um και 40-160um στους 350°C και κρατήθηκαν για 5 λεπτά, αντίστοιχα. Τα ποσοστά απορρόφησης λέιζερ των κόνεων Cu-0.8wt%Cr αυξήθηκαν από 30.5% σε 41.2% και 42.3% μετά από οξείδωση στους 50°C και 150°C, αντίστοιχα, και αυξήθηκαν σε 76.9% και 77.4% μετά από οξείδωση στους 250°C και 350°C, αντίστοιχα, σε σύγκριση με την καθαρή σκόνη χαλκού με την ίδια κατανομή μεγέθους σωματιδίων.
Ανάκλαση λέιζερ σε διαφορετικά μήκη κύματος για διαφορετικές σκόνες που διατηρούνται στους 50 °C, 150 °C, 250 °C, 350 °C για 5 λεπτά αντίστοιχα (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160um, d: Cu-0.8wt%Cr)
Συμπέρασμα
Υπάρχουν πολλές προσεγγίσεις για τη βελτίωση του ρυθμού απορρόφησης λέιζερ της μεταλλικής σκόνης, αλλά με βάση τη βελτίωση του ρυθμού απορρόφησης λέιζερ της σκόνης, εάν μπορεί να εξασφαλίσει την ποιότητα των σχηματισμένων τμημάτων πρέπει να πειραματιστεί για να επαληθεύσει. Για παράδειγμα, όσο μικρότερο είναι το μέγεθος σωματιδίων σκόνης, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός απορρόφησης λέιζερ, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι όσο μικρότερο είναι το μέγεθος σωματιδίων μεταλλικής σκόνης τόσο το καλύτερο, επειδή ο επιλεγμένος εξοπλισμός τήξης λέιζερ είναι ένα ορισμένο πάχος σκόνης, το μέγεθος σωματιδίων σκόνης μικρότερο από το ελάχιστο πάχος του εξοπλισμού δεν θα είναι σε θέση να τοποθετήσει σωστά τη σκόνη, έτσι, το κατάλληλο μέγεθος σωματιδίων δεν μπορεί μόνο να εξετάσει τον ρυθμό απορρόφησης λέιζερ. Για τις μεθόδους κραματοποίησης και τροποποίησης επιφανειών, τα υπάρχοντα κράματα χαλκού έχουν ώριμα συστήματα και η επίδραση της προσθήκης ιχνοστοιχείων στην ποιότητα των σχηματισμένων μερών χρειάζεται πειραματική επαλήθευση. Η μέθοδος επιφανειακής οξείδωσης μειώνει αποτελεσματικά την ανακλαστικότητα της σκόνης χαλκού σε λέιζερ, αλλά για τη σκόνη κατασκευής προσθέτων μετάλλων, όσο χαμηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε οξυγόνο της σκόνης, τόσο μικρότερη είναι η επιφανειακή δραστηριότητα, τόσο καλύτερη είναι η επίδραση τήξης και τόσο υψηλότερη είναι η πυκνότητα σχηματισμού, αν και η αύξηση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο μειώνει την ανακλαστικότητα λέιζερ της σκόνης, αλλά η περιεκτικότητα σε οξυγόνο σε σκόνη πρέπει να ελέγχεται εντός εύλογου εύρους.
Βιβλιογραφία: "Μια μελέτη σχετικά με το ρυθμό απορρόφησης λέιζερ της σκόνης χαλκού και κράματος χαλκού και της επιλεγμένης περιοχής τήξης και σχηματισμού λέιζερ", Shen Jibiao, Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Kunming
Αν θέλετε να μάθετε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το MRJ-Laser, επισκεφθείτε:
Μηχανή καθαρισμού λέιζερ:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Μηχανή σήμανσης λέιζερ:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Μηχανή συγκόλλησης λέιζερ:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
