3D打印資源庫(kù)從外媒獲悉，來(lái)自比利時(shí)魯汶大學(xué)的學(xué)生Lars Vanmunster 開(kāi)發(fā)了一種新工藝，可以改進(jìn)使用激光粉末床熔合（LPBF）進(jìn)行3D打印的金屬零件的表面光潔度。 該技術(shù)依賴于第二個(gè)脈沖激光的應(yīng)用，可將粗糙度降低80％。 該項(xiàng)目的意義如此之大，以至于授予Vanmunster的獎(jiǎng)項(xiàng)。

由于在打印過(guò)程中粉末顆粒的飛濺，零件上會(huì)形成小的隆起， 導(dǎo)致表面粗糙 。 打印后，需要從打印機(jī)上取下部件，并使用諸如打磨和拋光之類的技術(shù)進(jìn)行精加工。 盡管在某些情況下（ 例如整形外科植入物） ，粗糙的表面可能是有益的，但對(duì)于大多數(shù)零件，在打印后必須進(jìn)一步加工以滿足最終規(guī)格參數(shù)。 這種后處理非常耗時(shí)且成本高昂，在某些情況下，可能成為決定是否采用3D打印技術(shù)來(lái)制造的決定因素。

據(jù)資源庫(kù)了解，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種方法來(lái)解決在構(gòu)建過(guò)程中金屬零件的表面光潔度。比如機(jī)械加工，激光燒蝕和蝕刻，電化學(xué)加工等。 這些方法引起的問(wèn)題之一是會(huì)干擾構(gòu)建過(guò)程的金屬芯片的形成。

Vanmunster及其同事在他的研究中遇到了一個(gè)想法，該想法通常是以前LPBF研究的一個(gè)問(wèn)題。 在使用脈沖激光進(jìn)行3D打印零件實(shí)驗(yàn)時(shí)，它會(huì)遇到?jīng)_擊波干擾構(gòu)建的不幸副作用。 但是，在其他領(lǐng)域，例如激光沖擊強(qiáng)化和箔成型，來(lái)自激光器的沖擊波實(shí)際上可以具有實(shí)際應(yīng)用。

該工藝過(guò)程的步驟，圖片由KU Leuven提供。

Vanmunster當(dāng)時(shí)是魯汶大學(xué)機(jī)械工程，制造過(guò)程和系統(tǒng)系的碩士研究生，他與同事們共同努力，并考慮將脈沖激光的沖擊波用作改善表面質(zhì)量的一種手段。 通過(guò)將3D Systems ProX DMP 320A與500W激光器配合使用，并使用第二納秒級(jí)的fiber光纖激光器，他們開(kāi)發(fā)了一種雙重激光方法，可在打印過(guò)程中自動(dòng)執(zhí)行表面精加工。 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)能量源用于打印零件時(shí)，第二個(gè)脈沖激光通過(guò)向該區(qū)域發(fā)送微小的沖擊波來(lái)去除殘留的粉末。 這會(huì)導(dǎo)致未燒結(jié)的粉末在一次激光重新熔化外表面之前被吹走。

二次激光過(guò)程之前（上方）和之后（下方）的打印零件和橫截面，表面更加光滑，消除了階梯效應(yīng)； 圖片由KU Leuven提供

此過(guò)程最多可以減少80％的表面粗糙度，從而減少后處理工作量和整體零件成本。 Vanmunster的論文獲得了佛蘭德工程師協(xié)會(huì)的“ IE NET碩士論文獎(jiǎng)”。

    當(dāng)被問(wèn)及如何由了該工藝的靈感時(shí)，Vanmunster說(shuō)，“雙激光裝置是幾年前在魯汶大學(xué)的增材制造研究小組開(kāi)發(fā)的。 AM團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)這種新穎的雙激光裝置進(jìn)行了深入的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了通過(guò)脈沖激光的沖擊波選擇性去除粉末的現(xiàn)象。 我的研究集中在使用Jitka Metelkova的博士學(xué)位研究的背景下，使用這種設(shè)置來(lái)減少表面粗糙度，他正在使用該機(jī)器進(jìn)行混合增材制造。”

Vanmunster表示，將這項(xiàng)技術(shù)整合到現(xiàn)有的金屬3D打印機(jī)中需要與制造商本身合作，但最終可能會(huì)使其進(jìn)入市場(chǎng)。

Vanmunster說(shuō)：“從一開(kāi)始，我們就在3DSystems-LayerWise的商用LPBF機(jī)器中實(shí)現(xiàn)了雙激光設(shè)置?！?“我們已經(jīng)與他們的工程師合作，共同實(shí)施了所需的所有硬件和軟件修改。 這是通過(guò)在佛蘭芒政府資助的大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的框架內(nèi)修改3DSystems DMP ProX320機(jī)器來(lái)完成的。 因此，我們的研究對(duì)工業(yè)的改進(jìn)非常簡(jiǎn)單。 自1990年我們?cè)隰斻氪髮W(xué)的增材制造團(tuán)隊(duì)成立以來(lái)，這一直是我們的研發(fā)方向。”

除了能夠在構(gòu)建過(guò)程中執(zhí)行平滑處理之外，與后處理技術(shù)相比，使用沖擊波還有其他好處。 例如，機(jī)加工可能并不總是適合于平滑更復(fù)雜的3D打印零件。 打印完成后進(jìn)行的基于激光的表面處理需要大量時(shí)間和勞動(dòng)密集型步驟：從機(jī)器上卸下零件，對(duì)其進(jìn)行夾緊，對(duì)激光進(jìn)行平滑處理以及將其松開(kāi)。

    “所有這些都會(huì)導(dǎo)致大量的額外費(fèi)用。 雙重激光裝置的優(yōu)勢(shì)在于它可以在原位進(jìn)行加工，這意味著不需要人工和重新夾緊。

接下來(lái)，Vanmunster希望將其技術(shù)應(yīng)用到更復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象中，從而證明其在工業(yè)產(chǎn)品中的實(shí)用性。 為此，他以博士研究員的身份加入了大學(xué) Van Hooreweder教授領(lǐng)導(dǎo)的AM團(tuán)隊(duì)。

    Vanmunster說(shuō)：“我們將與許多工業(yè)合作伙伴共同啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目，我們將在其中進(jìn)一步探索我們新穎的雙激光系統(tǒng)的可能性?！?

來(lái)源：3dprint

3D打印資源庫(kù)從外媒獲悉，來(lái)自比利時(shí)魯汶大學(xué)的學(xué)生Lars Vanmunster 開(kāi)發(fā)了一種新工藝，可以改進(jìn)使用激光粉末床熔合（LPBF）進(jìn)行3D打印的金屬零件的表面光潔度。 該技術(shù)依賴于第二個(gè)脈沖激光的應(yīng)用，可將粗糙度降低80％。 該項(xiàng)目的意義如此之大，以至于授予Vanmunster的獎(jiǎng)項(xiàng)。

由于在打印過(guò)程中粉末顆粒的飛濺，零件上會(huì)形成小的隆起， 導(dǎo)致表面粗糙 。 打印后，需要從打印機(jī)上取下部件，并使用諸如打磨和拋光之類的技術(shù)進(jìn)行精加工。 盡管在某些情況下（ 例如整形外科植入物） ，粗糙的表面可能是有益的，但對(duì)于大多數(shù)零件，在打印后必須進(jìn)一步加工以滿足最終規(guī)格參數(shù)。 這種后處理非常耗時(shí)且成本高昂，在某些情況下，可能成為決定是否采用3D打印技術(shù)來(lái)制造的決定因素。

據(jù)資源庫(kù)了解，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種方法來(lái)解決在構(gòu)建過(guò)程中金屬零件的表面光潔度。比如機(jī)械加工，激光燒蝕和蝕刻，電化學(xué)加工等。 這些方法引起的問(wèn)題之一是會(huì)干擾構(gòu)建過(guò)程的金屬芯片的形成。

Vanmunster及其同事在他的研究中遇到了一個(gè)想法，該想法通常是以前LPBF研究的一個(gè)問(wèn)題。 在使用脈沖激光進(jìn)行3D打印零件實(shí)驗(yàn)時(shí)，它會(huì)遇到?jīng)_擊波干擾構(gòu)建的不幸副作用。 但是，在其他領(lǐng)域，例如激光沖擊強(qiáng)化和箔成型，來(lái)自激光器的沖擊波實(shí)際上可以具有實(shí)際應(yīng)用。

該工藝過(guò)程的步驟，圖片由KU Leuven提供。

Vanmunster當(dāng)時(shí)是魯汶大學(xué)機(jī)械工程，制造過(guò)程和系統(tǒng)系的碩士研究生，他與同事們共同努力，并考慮將脈沖激光的沖擊波用作改善表面質(zhì)量的一種手段。 通過(guò)將3D Systems ProX DMP 320A與500W激光器配合使用，并使用第二納秒級(jí)的fiber光纖激光器，他們開(kāi)發(fā)了一種雙重激光方法，可在打印過(guò)程中自動(dòng)執(zhí)行表面精加工。 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)能量源用于打印零件時(shí)，第二個(gè)脈沖激光通過(guò)向該區(qū)域發(fā)送微小的沖擊波來(lái)去除殘留的粉末。 這會(huì)導(dǎo)致未燒結(jié)的粉末在一次激光重新熔化外表面之前被吹走。

二次激光過(guò)程之前（上方）和之后（下方）的打印零件和橫截面，表面更加光滑，消除了階梯效應(yīng)； 圖片由KU Leuven提供

此過(guò)程最多可以減少80％的表面粗糙度，從而減少后處理工作量和整體零件成本。 Vanmunster的論文獲得了佛蘭德工程師協(xié)會(huì)的“ IE NET碩士論文獎(jiǎng)”。

    當(dāng)被問(wèn)及如何由了該工藝的靈感時(shí)，Vanmunster說(shuō)，“雙激光裝置是幾年前在魯汶大學(xué)的增材制造研究小組開(kāi)發(fā)的。 AM團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)這種新穎的雙激光裝置進(jìn)行了深入的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了通過(guò)脈沖激光的沖擊波選擇性去除粉末的現(xiàn)象。 我的研究集中在使用Jitka Metelkova的博士學(xué)位研究的背景下，使用這種設(shè)置來(lái)減少表面粗糙度，他正在使用該機(jī)器進(jìn)行混合增材制造。”

Vanmunster表示，將這項(xiàng)技術(shù)整合到現(xiàn)有的金屬3D打印機(jī)中需要與制造商本身合作，但最終可能會(huì)使其進(jìn)入市場(chǎng)。

Vanmunster說(shuō)：“從一開(kāi)始，我們就在3DSystems-LayerWise的商用LPBF機(jī)器中實(shí)現(xiàn)了雙激光設(shè)置?！?“我們已經(jīng)與他們的工程師合作，共同實(shí)施了所需的所有硬件和軟件修改。 這是通過(guò)在佛蘭芒政府資助的大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的框架內(nèi)修改3DSystems DMP ProX320機(jī)器來(lái)完成的。 因此，我們的研究對(duì)工業(yè)的改進(jìn)非常簡(jiǎn)單。 自1990年我們?cè)隰斻氪髮W(xué)的增材制造團(tuán)隊(duì)成立以來(lái)，這一直是我們的研發(fā)方向。”

除了能夠在構(gòu)建過(guò)程中執(zhí)行平滑處理之外，與后處理技術(shù)相比，使用沖擊波還有其他好處。 例如，機(jī)加工可能并不總是適合于平滑更復(fù)雜的3D打印零件。 打印完成后進(jìn)行的基于激光的表面處理需要大量時(shí)間和勞動(dòng)密集型步驟：從機(jī)器上卸下零件，對(duì)其進(jìn)行夾緊，對(duì)激光進(jìn)行平滑處理以及將其松開(kāi)。

    “所有這些都會(huì)導(dǎo)致大量的額外費(fèi)用。 雙重激光裝置的優(yōu)勢(shì)在于它可以在原位進(jìn)行加工，這意味著不需要人工和重新夾緊。

接下來(lái)，Vanmunster希望將其技術(shù)應(yīng)用到更復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象中，從而證明其在工業(yè)產(chǎn)品中的實(shí)用性。 為此，他以博士研究員的身份加入了大學(xué) Van Hooreweder教授領(lǐng)導(dǎo)的AM團(tuán)隊(duì)。

    Vanmunster說(shuō)：“我們將與許多工業(yè)合作伙伴共同啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目，我們將在其中進(jìn)一步探索我們新穎的雙激光系統(tǒng)的可能性?！?

來(lái)源：3dprint