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德國PRIMES——掃描場焦點分析儀SFM監(jiān)測nLIGHT AFX-1000 3D打印環(huán)形激光

更新時間:2023-09-19 點擊量:1100

 

SFM激光振鏡掃描場焦點分析儀采用刻有10~15微米厚測量線玻璃板的技術(shù)表征激光光束特性,光電二極管探測刻線的散射光來測量激光光斑

在增材制造工業(yè)領(lǐng)域恩耐AFX1000環(huán)形光斑激光器越來越受到關(guān)注。德國PRIMES公司的激光掃描場焦點分析儀 ScanFieldMonitorSFM)設(shè)計用于監(jiān)測激光振鏡掃描系統(tǒng)狀態(tài)以及維持增材制造3D打印加工質(zhì)量,榮獲AKL 2022激光技術(shù)創(chuàng)新獎一等獎。本文展示了SFMAFX1000激光器不同模式光斑的一系列測量,揭示了SFM觀察到的模式振蕩的來源,光斑分布結(jié)果與激光粉末床熔合LPBF加工效果一致。

恩耐AFX1000一款在光纖內(nèi)部進(jìn)行光斑調(diào)整的kW激光器,可自由切換14μm單模纖芯高斯光和40μm多模環(huán)形光等7種模式,無需多余的光學(xué)鏡組。以增材制造應(yīng)用為研發(fā)初衷AFX在環(huán)形光斑模式下能夠穩(wěn)定熔池,減少煙塵和飛濺,提高材料的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。離散型的設(shè)計理念可實現(xiàn)每秒30次的極速光斑切換,為因熔化與凝固比例問題、微觀物理特性與熱應(yīng)力所導(dǎo)致的零部件失效提供了全新的解決方案。AFX光纖激光器在環(huán)形光斑模式下加工致密材料(致密度>99.5%)的速度已超過每小時100立方厘米。

SFM可在3秒內(nèi)測量功率10W~1500W激光掃描場50μm~500μm聚焦光斑的直徑、位置、掃描速度,峰值功率密度可高達(dá)100MW/cm2

德國PRIMES公司的激光掃描場焦點分析儀SFM是一款多功能一體化的激光光束診斷設(shè)備。這項研發(fā)是由增材制造選擇性激光熔化SLM或激光粉末床熔合LPBF的許多新應(yīng)用而推動的。SFM分析儀可在整個掃描場范圍測量激光焦點參數(shù):光斑直徑、位置、掃描速度;還可以確定枕形失真、重疊掃描場的合并、焦點偏移以及激光的開啟和關(guān)閉延遲、熱透鏡檢查等時間分辨分析;并且能實現(xiàn)LDS軟件遠(yuǎn)程控制,從而使用戶能夠更好地校準(zhǔn)激光3D打印機(jī)。

AFX10007Index光斑模式(MSM+測出焦點二維光斑及橫向分布),SFM測出焦點橫向分布(多次平均后的) 

PRIMES MSM+ CCD型微細(xì)焦點分析儀功能完善,測出AFX10007Index焦點二維光斑及橫向分布作為標(biāo)準(zhǔn)(500W靜止光)。PRIMES SFM測量AFX1000 500W 1m/s掃描加工速度下的焦點橫向分布,很接近MSM+的測量結(jié)果,測得的光斑直徑與MSM+測量結(jié)果一致,誤差在3%以內(nèi)。SFM測量頭8×8×10厘米,相比MSM+體積小40倍,性價比更高,能直接測量掃描加工速度下的運動光,入射角度最高可達(dá)20度,可以在整個掃描區(qū)域測量,更適合3D打印激光測量。

SFM測量AFX1000 Index 5光斑經(jīng)過10次平均后的焦點橫向分布,10次測量可以看見光斑模式振蕩的細(xì)節(jié),平均(紅色)后振蕩細(xì)節(jié)消失 

AFX輸出環(huán)形光斑時為多橫模,多模之間有模式競爭。相比MSM+ CCD毫秒級曝光時間、1秒測一次光斑看不見光斑模式振蕩細(xì)節(jié),SFM最高響應(yīng)10m/s的掃描速度、1秒高達(dá)100次測量可以看見模式振蕩細(xì)節(jié)。10次測量AFX Index 5光斑模式的焦點橫向分布可以看見模式競爭的振蕩細(xì)節(jié),平均后(紅色)振蕩細(xì)節(jié)消失,環(huán)形光斑對應(yīng)粉末床的平頂強度分布。

AFX Index 0(左)與 Index 5(右)兩種模式加工剖面對比圖,紅線區(qū)表示固化熔融池范圍,很明顯環(huán)形光斑可以降低深度擴(kuò)大面積

TUM慕尼黑技術(shù)大學(xué)測試了AFX不同模式對316L不銹鋼的LPBF加工影響。采用300W功率 800mm/s的掃描速度。相比高斯光Index 0,環(huán)形光Index 5熔化池淺而寬效果更好,從而可以增加功率與掃描速度,加工效率由12mm/s (Index 0)大大提高到20mm/s (Index 5)

結(jié)論:德國PRIMES公司的激光掃描場焦點分析儀SFM精密測量了恩耐AFX激光器非高斯光斑,測得的光斑強度平均分布非常接近于粉末床上沉積的能量分布。

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