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    美國研制出世界首款飛秒激光3D打印機

    來源:中國航空報2017-09-12 我要評論(0 )   

    幾十年來,微加工領(lǐng)域一直在使用飛秒激光,以進行幾乎零熱應(yīng)力和尺寸公差精確的加工。由于飛秒激光的短脈沖寬度和高能量,熱應(yīng)力被保持在局部,而不會讓金屬周邊區(qū)域發(fā)...

     飛秒激光(左)和當(dāng)前3D打印機(右)使用的納米激光熱效應(yīng)對比圖。

    幾十年來,微加工領(lǐng)域一直在使用飛秒激光,以進行幾乎零熱應(yīng)力和尺寸公差精確的加工。由于飛秒激光的短脈沖寬度和高能量,熱應(yīng)力被保持在局部,而不會讓金屬周邊區(qū)域發(fā)生變形。

    PolarOnyx是一家美國加州增材制造公司,已經(jīng)開發(fā)出世界上第一款飛秒激光增材系統(tǒng)。傳統(tǒng)的DMLM(直接金屬激光熔化)機器使用CW(連續(xù)波)激光,這些激光雖然非常適合用來加工鋁、鈦等低溫材料,但很難加工鎢、鐵等更高溫度的材料。更高溫度的材料需要多得多的能量來將金屬顆粒熔融在一起。由于這種能量增加,CW激光必須輸出更多的激光功率。然而,它們的脈沖持續(xù)時間(即激光的停留時間)并未改變。因此,周圍的金屬顆粒受到影響,從而導(dǎo)致“熱應(yīng)力”被內(nèi)置到零件中。

    相比之下,飛秒激光的脈沖持續(xù)時間短得多,能瞬間電離金屬顆粒,將它們結(jié)合在一起,同時幾乎不產(chǎn)生熱應(yīng)力。由于能在瞬間將金屬顆粒熔融在一起,飛秒激光在制造更致密的零件方面有先天優(yōu)勢。

    此外,PolarOnyx還成功地在玻璃上直接打印鐵粉末。鐵和玻璃的熔融溫度不同,但非常接近。使用傳統(tǒng)的CW激光,熱積聚會導(dǎo)致玻璃破裂。然而,利用飛秒激光工藝及其快速熔化鐵粉的能力,鐵會熔化,同時不會對玻璃基板造成任何損壞。

    最有意思的是,PolarOnyx設(shè)想了這樣的一種工藝,通過它,一臺機器能同時集成飛秒激光的增材和減材特性。這樣的好處是,只用一臺機器就能完成打印作業(yè)和零件的后加工。飛秒激光可以先打印一層材料,然后對該打印層進行減材磨削,以實現(xiàn)打印層所需的精確加工尺寸公差。

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    增材制造飛秒激光3D打印機
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