Fraunhofer 开发VCSEL工艺减小金属打印过程中内应力

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弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）在3D打印技术研究方面具有强大的技术团队和深远的研究历史，该研究所开发的技术解决了当前金属增材制造中的诸多常见问题，创建了大规模3D打印解决方案，并引入了混合3D打印流程。近期，Fraunhofer ILT又推出另一项新技术。

粉末床熔化VCSEL上预热工艺

激光粉末床熔融（SLM）过程中产生的内应力由温度梯度引起，材料在成型过程中，激光所及之处被加热到高于熔点温度，而部件的其余部分迅速冷却，根据零件的几何形状以及相应的材料属性，这极有可能导致零件开裂（如C919钛合金零部件）。为了防止这种现象发生，现有的技术手段通常从基板下方放置加热元件对基板进行加热，但这并不是完全有效，尤其是对于较高、脆性较大的零件和材料。

SLM钛合金开裂

作为受德国联邦教育与研究部（BMBF）资助项目—数字光子生产DPP研究计划的一部分，Fraunhofer ILT一直与其合作伙伴Philips Photonics合作开发更好的解决方案。在一个名为DPP Nano的项目中，他们开发了一种上加热工艺。

飞利浦Photonics VCSEL加热组件

上加热工艺，是在成型室内安装了一组包括六个垂直腔面发射激光器在内的激光阵列（VCSEL），该组激光器的功率为400W，采用808nm的红外波长。加热组件可以在构建过程中将零件表面加热到几百摄氏度，计算机可以对加热组件进行单独控制产生不同图案，以便控制加热区域，整个过程可以通过红外摄像机监控。

使用VCSEL进行局部预热曝光

Fraunhofer ILT 工程师使用Inconel 718进行了实验，VCSEL组件将材料加热至500°C，最终零件变形和失真明显减少。上加热工艺降低了打印过程中的温度梯度，从而减小了内应力，因此可以构建更高的零件。Fraunhofer ILT将很快用更具挑战性的材料测试该工艺，如钛铝合金，届时材料将被加热到900ºC，由这类材料制成的部件通常用于制作涡轮增压器的高温组件。

SLM中使用VCSEL预热的右侧零件变形明显小于未进行曝光预热的左侧零件

VCSEL工艺为涡轮机械以外的应用开辟了可能性，特别是在必须降低热致应力的工业领域。

Fraunhofer ILT是激光技术领域最杰出的机构之一。它提供可行性研究、工艺认证和激光集成技术，其研究包括开发新激光束源和组件开发，精密激光计量、测试以及工业激光工艺。

关于VCSEL预热工艺的更详细介绍，Fraunhofer会在今年11月的法兰克福展览上予以披露。

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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：Fraunhofer 开发VCSEL工艺减小金属打印过程中内应力