從業(yè)幾年的朋友可能聽說過鋁合金和銅合金具有“高反”特性，把激光都反射跑了，部分反射光甚至?xí)p壞價格昂貴的掃描振鏡，這也是很多單位不敢輕易打印純銅的原因，不僅零件的致密度不高而且會損壞設(shè)備。

今天的介紹基于一篇于2022年3月26日掛網(wǎng)《Materials & Design》（影響因子7.991）的綜述文章《激光增材中粉末特性對吸收率的研究》，這篇文章由瑞典理工大學(xué)、弗勞恩霍夫材料和光束技術(shù)研究所、德國業(yè)納集團共同完成。

他們測定了鈦合金、鋁合金、模具鋼、鎳鈦合金、高熵合金、鉻、銅、黃銅和鐵礦石等16個牌號的39種金屬粉末對不同波長激光的吸收率。分析了粉末粒徑和時效狀態(tài)對吸收率的影響。測量結(jié)果為確定各種材料的工藝參數(shù)提供了良好的理論基礎(chǔ)，也為進一步優(yōu)化金屬粉末對激光的吸收率提供了數(shù)據(jù)參考。

01  為什么要做這個研究

光是一種電磁輻射/波，其與物質(zhì)的相互作用機制可以大致分為三類：

（1）物質(zhì)對光的傳輸特性，它可以使光在光纖和透鏡中傳輸。

（2）物質(zhì)對光的吸收特性，光與物質(zhì)發(fā)生強烈的相互作用，在這個過程中，光電子被電子吸收并轉(zhuǎn)化為聲子，結(jié)果是物質(zhì)升溫。

（3）物質(zhì)對光的反射特性，反射發(fā)生在表面，但不會將所有光都反射走，總有一部分光會穿透材料被吸收。

這三種機制都強烈依賴于所用電磁輻射的波長。

具體到金屬增材制造，加工的效率和工藝穩(wěn)定性在很大程度上取決于所用材料對激光的吸收率和反射率，也就是說很大程度上受激光波長的影響。目前主流的SLM設(shè)備使用1070±10nm波長的紅外激光；通快因為自己研發(fā)激光器的優(yōu)勢，給自己設(shè)備配置了更短波長的碟片式綠光激光器，但價格不菲；上交大和深圳的聯(lián)瀛激光正在推進紅+藍(lán)混合激光在金屬增材領(lǐng)域的應(yīng)用，這個方向的研究放眼全球也是非常前沿的，著實為國人爭了一把光。（這算是題外話了）上交大+聯(lián)贏激光 紅藍(lán)混合激光器解決高反材料成形難題

針對同一種波長的激光，金屬粉末的粒徑大小、粒徑分布、堆積狀態(tài)（鋪粉狀態(tài)）、表面氧化物也都會影響材料對激光的吸收率。對吸收率錯誤的認(rèn)知可能會導(dǎo)致打印失敗或花費更多的時間摸索工藝參數(shù)，模擬或預(yù)測只能獲得有限水平的認(rèn)知，需要實際測量值進行對比驗證。這就是開展這個工作的原因。

02  都測試了哪些材料

03    不同金屬粉末對激光吸收率

01 9種粉末典型測量值對比

02 不銹鋼粉末對激光的吸收率

03 模具鋼粉末對激光的吸收率

04 高溫合金粉末對激光的吸收率

05 銅合金粉末對激光的吸收率

06 鈦合金粉末對激光的吸收率

07 鋁合金粉末對激光的吸收率

08 粉末粗細(xì)對激光吸收率影響

09 粉末新舊對激光吸收率影響

10 表面氧化對激光吸收率影響

11 熱處理對激光吸收率影響