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【Nature 子刊：基于激光的金属零件增材制造过程中发射的超细颗粒的特征】
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长三角G60激光联盟导读
本文研究了三种不同的增材制造技术：选择性激光熔炼、直接金属沉积和激光熔覆 。
摘要
对不锈钢粉末材料激光增材制造过程中排放的颗粒物（PM）进行了详细研究 。 研究了三种不同的增材制造技术：选择性激光熔炼、直接金属沉积和激光熔覆 。 为了解颗粒生长和氧化 ， 对伴随过程的气体流场和温度场进行了数值模拟 。 透射和扫描电子显微镜用于初级粒子和PM表征 。 制造过程中在大气中收集的PM由具有分形几何形状的复杂团聚体/团聚体组成 。 在这三个过程中形成的绝大多数粒子的投影面积直径相等 ， 在4–16 nm的尺寸范围内 ， 平均尺寸为8.0、9.4和11.2 nm 。 初级粒子呈球形 ， 由主要钢合金元素的氧化物组成 。 较大的初级粒子（>?30 nm）未完全氧化 ， 但具有金属芯和氧化表面外壳的特征 。
介绍
增材制造（AM）的特点是材料的增量连接 ， 近年来已成为传统制造方法的替代方法 。 AM是一组通用技术 ， 可以通过逐层添加材料来复制复杂几何形状的零件（在相应的CAD软件中准备） 。 基于激光的金属粉末床熔接（PBF-LB/M）是AM的一个子集 ， 其中使用热源将粉末材料熔接到固体材料中 ， 形成三维物体 。 不同的黑色和有色金属粉末 ， 如钛和铝合金 ， 以及铁、镍、钴和铜基合金和贵金属 ， 可以用作粉末材料 。 在增材制造技术的发展过程中 ， 使用了许多不同的术语和定义 ， 通常涉及到特定的应用领域和商标 。 这通常是模棱两可和令人困惑的 ， 阻碍了交流和该技术的广泛应用 。 因此 ， EOS公司已申请了一种称为“直接金属激光烧结（DMLS）”的工艺专利 ， 而Fraunhofer Institute为选择性激光熔炼引入了自己的术语“SLM” 。 然而 ， 这两种技术基于相似的原理 ， 为了避免混淆 ， 我们将根据ISO标准使用统一的术语“PBF-LB/M” 。
创建设计材料的建议影响级别 。 基于这些方法 ， 可以针对特定目的或需求设计和优化材料 。
定向能沉积（DED）技术基于粉末材料的激光处理 ， 并将其直接沉积在基底上 ， 逐层添加技术中最常用的材料是金属粉末或线材 。 DED还有其他流行术语 ， 包括定向光制造（DLF）、激光工程网成形（LENS）、激光金属沉积（LMD）、3D激光熔覆和直接金属沉积（DMD） 。 DED的另一个重要优点是能够修复和修复复杂几何形状的受损部件 ， 如涡轮叶片或螺旋桨 。 每种方法都有自己的特点和性质 。 必须根据待制造工件的成分、精度和拓扑结构 ， 分别选择最合适的技术 。
两种方法研究了不同热边界条件下的情况 。 左:主激光轨迹 。 说明了覆盖一层厚度90 μ m的粉末颗粒的首次暴露和熔化 。 右:二次激光轨迹 。 说明重新曝光已经创建的致密材料 。
在最佳条件下 ， AM可以获得高质量的工作部件 ， 这些部件具有传统制造工艺无法获得的独特性能 ， 例如铸造、锻造、压缩成型、铣削和切割 。 然而 ， 与所有制造技术一样 ， 需要考虑潜在的职业接触 。 很少有研究评估了3D金属打印过程中职业暴露和空气中颗粒物的特征 。 通过收集个人和固定的呼吸和可吸入空气样本 ， 测量了12家德国企业的工人对灰尘、铁、锰(Mn)、铬(Cr)、Co和Ni的接触 。 本研究表明 ， 在清洗过程中 ， 测量到的车间空气浓度 ， 特别是Ni ， 高于生产过程 。 证实了清洁期间较高的暴露量 。
两种检查类型的激光轨迹 。 左：主轨迹 。 右：辅助轨迹 。
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