Adjusting the microstructure of additively manufactured parts with tailored temperature fields by the combination of powder bed fusion with cw-laser and ablation with ultrashort laser pulses

微观结构 材料科学 融合 激光器 激光烧蚀 烧蚀 惯性约束聚变 光学 激光束 光电子学 复合材料 物理 工程类 语言学 哲学 航空航天工程
作者
Johannes K. L. Michel,Nico Ulff,Manuel Henn,Brian J. Simonds,Peter Hosemann,Frederik Zanger,Christian Hagenlocher,Thomas Graf
标识
DOI:10.1117/12.3002302
摘要

In powder bed fusion with laser beams (PBF-LB/M), the component's quality and mechanical properties are limited by restricted process parameter combinations and the geometry of the component. Combining PBF-LB/M with ultrashort laser ablation enables additional control of the heat flow to adjust local solidification. On the one hand it is possible to print heat-dissipating structures, which can be added and removed during the build process. On the other hand, ablated slits in the component can serve as a thermal barrier. To investigate the effect of slits and heat-dissipation structures on the local temperature field and solidification conditions, a numerical model was developed. Two different ablation strategies were investigated and compared to conventional PBF-LB. Numerical investigations of an additively manufactured AlSi10Mg component showed a larger melt pool, a lower temperature gradient, and a lower cooling rate if there are slits present next to the current PBF-LB track. This approach provides the potential to independently adjust microstructure and mechanical properties, exceeding limitations imposed by the component's geometry in conventional additive manufacturing.
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