Лазерный мир

Башкиров Е.Р., Хорьков К.С., Кочуев Д.А., Жданов А.В., Аракелян С.М. // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 3. – С. 9-14; УДК 621.9.025

Настоящая статья посвящена экспериментальным исследованиям объемных образцов композиционных материалов никель-хромового и медно-никелевого сплавов, полученных методом лазерного спекания из порошков. Разработана схема оригинальной установки селективного лазерного спекания металлического порошка любого состава и фракции с помощью воздействия на него непрерывного лазерного излучения волоконного лазера. Для обеспечения перемещения образцов была разработана система позиционирования по высоте, позволяющая применить методику селективного лазерного сплавления. Произведена серия экспериментов с никель-хромовым и медно-никелевым порошками размером 40–100 мкм. Данные экспериментов систематизированы, выбраны оптимальные параметры воздействия лазерного излучения на порошок для получения максимально качественного объёмного образца.

EXPERIMENTAL STUDIES OF BULK SAMPLES OF POWDER COMPOSITE MATERIALS OBTAINED LASER SINTERING
This article is devoted to experimental studies of bulk samples of composite materials nickel-chromium and copper-nickel alloys, obtained by laser sintering of powders. A scheme of the original installation of selective laser melting of metal powder composition and any fractions by continuous exposure to laser radiation of a fiber laser. In order to move the system was developed sample positioning in height, allows you to apply a technique of selective laser melting. It produced a series of experiments with nickel-chromium and copper-nickel powder size of 40-100 microns. These experiments systematically, selected the optimum parameters of laser irradiation on the powder, resulting in the volumetric model.

Лазерный 3D-синтез является частью отрасли аддитивного производства, заключает в послойном сплавлении порошкового материала под действием лазерного излучения.
Целью работы являются экспериментальные исследования объемных образцов из порошковых композиционных материалов, полученных лазерным спеканием.
Для этого разработана экспериментальная установка, подобраны два вида порошковых композитных материалов и выполнены и подвергнуты анализу экспериментальные образцы.
Материалы и методы исследования
Схема установки
Разработка схемы экспериментальной установки по лазерному синтезу объёмных изделий из порошковых материалов осуществлялась исходя из общих принципов работы систем селективного лазерного сплавления и возможностями материально-технической базы. Ключевым элементом установки является источник лазерного излучения.
В качестве источника излучения был выбран непрерывный волоконно-иттербиевый лазер ЛС-02-Т, имеющий максимальную мощность до 200 Вт и работающий на длине волны 1070 нм. Длина волны иттербиевых волоконных лазеров на порядок меньше, чем у СО2-лазеров, что обеспечивает лучшее взаимодействие с большинством металлов и сплавов и, следовательно, повышает скорость обработки. териалом 7.
Собранная установка позволила управлять как параметрами лазерного излучения, системой сканирования лазерным пучком, так и толщиной нанесенного слоя порошкового материала. Система позиционирования образца позволяла осуществлять фиксированное смещение подложки на заданную высоту по оси Z. При этом рабочая область воздействия при каждом последующем проходе лазерного излучения оставалась на постоянном уровне фокусировки, а выращиваемый образец на подложке смещался вниз.
Работает данная схема следующим образом (рис. 2): поршень 1, на который помещается металлическая подложка для сплавления на ней порошкового материала, находится в металлическом корпусе 2, который имеет цилиндрическую форму. Направляющая 3 была внедрена для того, чтобы при вращении шпильки 6, которая, соответственно, и опускает подложку на необходимую высоту через резьбовую муфту 5, не происходило вращение самого поршня, что в условиях эксперимента недопустимо. Использование пружины 4 под поршнем позволило уменьшить отклонения подложки с изделием при перемещении вдоль оси Z. При разработке были учтены основные моменты при лазерном сплавлении порошковых материалов, а именно: подложка должна смещаться на фиксированную высоту, задающуюся инженером с целью выращивания 3D-объекта, регулируемый шаг, на который опускается подложка, так как слой для сплавления должен быть очень тонким. Оснастка является отдельным элементом установки и может быть использована при работе с другими лазерными источниками. Само устройство по габаритным размерам было разработано таким образом, чтобы избежать чрезмерного нагрева при воздействии излучения на подложку, а также для удобства пользования оснасткой при перемещении подложки с нанесенным слоем порошка на требуемую высоту.

Полное содержание статьи: https://fundamental-research.ru/pdf/2017/3/41386.pdf