摘要：激光粉末床熔融（LPBF）是一种常见的增材制造（AM）技术，能够生产复杂几何形状的零件，这些零件如果使用传统制造技术（如铸造和锻造）生产，成本会非常高昂。LPBF技术的优势包括缩短产品上市时间、减少材料浪费以及能够制造复杂和精细的几何形状。然而，尽管LPBF技

那不勒斯大学的学者在The International Journal of Advanced Manufacturing Technology上发表了文章Energy efficiency of Gaussian and ring profiles for LPBF of nickel alloy 718。

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论文导读

激光粉末床熔融（LPBF）是一种常见的增材制造（AM）技术，能够生产复杂几何形状的零件，这些零件如果使用传统制造技术（如铸造和锻造）生产，成本会非常高昂。LPBF技术的优势包括缩短产品上市时间、减少材料浪费以及能够制造复杂和精细的几何形状。然而，尽管LPBF技术具有诸多优势，但仍面临一些挑战，例如表面质量较差、能量消耗较大，以及在所有金属增材制造技术中构建速度最慢（通常在5-10立方厘米/小时）。为了提高生产效率，新的LPBF机器需要采用流体、精确定位系统、高真空系统和传感器以及实时监控等技术。

针对这些挑战，作者旨在通过将传统的高斯激光束形状切换到环形激光束形状，来提高LPBF工艺的生产效率，同时减少能量消耗和时间，而不降低样品机械性能。研究使用了nLight多模态激光器，比较了高斯分布和环形分布激光在制造镍合金718时的能量消耗和样品的微观结构、机械性能。尽管环形激光束在LPBF中的应用仍处于起步阶段，尤其是在镍合金718的制造中，相关研究较少，但其潜力已被初步证实。因此，本研究不仅填补了当前知识的空白，还为优化LPBF工艺提供了实验依据。

Laser & Electron Beam Processing

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论文概述

本实验研究探讨了通过将传统的高斯激光光束形状切换为环形激光光束形状，利用nLight多模态激光器提高LPBF工艺的生产效率。研究目标是通过切换到环形激光来提高生产效率，减少能量消耗和时间，同时不牺牲样品机械性能，从而提高LPBF的可持续性。研究结果包括测量Open Additive LPBF系统在718打印过程中的能量消耗，并比较两种不同样品的微观结构和机械性能。

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图文解析

图1展示了两种激光模态打印的镍合金718的熔池形态。高斯光束的熔池更深，而环形光束的熔池更宽且较浅。这种差异是由于两种激光模态的光束直径不同。熔池形态会直接影响零件的微观结构和力学性能。

图1. 通过使用高斯激光和环形激光制造的镍基合金718的光学显微照片。

图2电子背散射衍射（EBSD）扫描图展示了两种激光模态打印的镍合金718的晶粒取向。高斯光束的晶粒取向较为随机，而环形光束的晶粒在XY平面（垂直于打印方向）表现出更强的取向性。这种晶粒取向差异可能与激光能量分布和熔池形态有关，进而影响零件的力学性能。

图2.不同光束制备的样品EBSD。

图3展示了在LPBF过程中，高斯光束和高斯光束的功率消耗对比。图中清晰地显示了两种激光模态在不同阶段（曝光时间和铺粉时间）的功率消耗差异。这张图是研究能量效率的关键，表明高斯光束在减少能量消耗和缩短打印时间方面的优势。

图3.传统高斯激光束和环形激光束进行镍合金718的激光粉末床熔化（LPBF）过程中所消耗的功率。

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总结

使用环形激光与传统高斯激光在激光粉末床熔化（LPBF）技术中制造镍合金718零件的实验结果。研究发现，尽管环形激光束和高斯激光束制造的零件在密度、表面粗糙度和微观结构上存在细微差异，但两者在机械性能上表现相当，仅在抗拉强度（UTS）上存在2.5%的差异。环形激光制造的零件展现出更高的延伸率，表明其具有更好的塑性变形能力。此外，环形激光在能量消耗方面降低了10%，整体打印时间减少了19%，生产效率提高了23%。这些结果表明，环形激光束在不牺牲样品质量的前提下，显著提高了LPBF过程的能量效率和生产效率。作者指出，激光系统能够在高空间分辨率和高生产效率之间切换的能力是其主要优势，并建议未来的研究可以进一步探索激光系统的其他中间模态设置，以优化零件质量和能量效率。

长三角G60激光联盟陈长军转载

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来自“高能束加工技术”

长三角G60激光联盟陈长军转载

来源：江苏激光联盟