纯铜及铜合金选区
激光熔化成型的难点:
金属材料对激光的吸收率直接影响激光增材制造成形件质量。选区激光熔化成形铜及铜合金零件目前已经有了大量的研究,但依然是难以解决铜对1064nm波长激光的高反射率问题。有学者对纯铜板材及球形纯铜粉末进行了激光吸收率实验,检测结果表面纯铜板对1064nm波长激光的吸收率只有4%,球形度较高的铜粉激光吸收率为44%,近球形铜粉的激光吸收率为32%,激光吸收率较低直接导致激光增材制造过程中激光能量散失,熔池温度过低,成形件会出现粉末未熔化,孔洞,致密度低等缺陷,影响成形件的力学、导热和导电性能。
激光功率600W,扫描速度1000mm/s,得到致密度为97.8%的纯铜试样
铜粉激光吸收率的影响因素:
如何提高铜对1064nm波长的激光吸收率,对于当下的选区激光熔化成形的铜零件质量至关重要。以下将从多个方面对激光吸收率进行研究。
01 粒度的影响
三种不同粒度分布的纯铜粉末对不同激光的反射率如下图所示,可见铜粉对激光的反射率会随着波长的增加而增加,尤其在于高于550nm波长的波段,铜粉对激光的反射率迅速增加,这也是1046nm红外激光有着良好的致热性SLM成形铜零件较为困难的主要原因。40-160um纯铜粉对1064nm波长激光的吸收率为21.8%,15-53um范围的激光吸收率为22%,5-35um范围的激光吸收率为39.4%。
三种粒度分布的纯铜粉末对不同波长激光的反射率及在1064nm波长出的激光反射率
金属粉末的激光吸收率收到多种因素的影响,除了粉末材料本身的性质之外,还收到粉体颜色、温度、颗粒表面质量、激光入射角度等因素的影响。粒度的变化引起铜粉色泽及激光在粉末颗粒间反射次数的变化,粉体颗粒越小,粉末色泽越暗,在一定范围内粉末粒度越小粉体对1064nm波长激光的吸收率越高。金属粉末的粒径越小,激光在粉体之间的反射次数会增加,间接提高粉体对激光的吸收率。