Femtosecond fiber laser additive manufacturing and welding for 3D manufacturing

光纤激光器 材料科学 飞秒 焊接 激光器 激光束焊接 纤维 光纤 计算机科学 光电子学 光学 复合材料 电信 物理
作者
Huan Huang,Bai Nie,Peng Wan,Lih-Mei Yang,Shuang Bai,Jian Liu
出处
期刊:Proceedings of SPIE 卷期号:9353: 93530A-93530A 被引量:4
标识
DOI:10.1117/12.2082846
摘要

Due to the unique ultra-short pulse duration and high peak power, femtosecond (fs) laser has emerged as a powerful tool for many applications but has rarely been studied for 3D printing. In this paper, welding of both bulk and powder materials is demonstrated for the first time by using high energy and high repetition rate fs fiber lasers. It opens up new scenarios and opportunities for 3D printing with the following advantages - greater range of materials especially with high melting temperature, greater-than-ever level of precision (sub-micron) and less heat-affected-zone (HAZ). Mechanical properties (strength and hardness) and micro-structures (grain size) of the fabricated parts are investigated. For dissimilar materials bulk welding, good welding quality with over 210 MPa tensile strength is obtained. Also full melting of the micron-sized refractory powders with high melting temperature (above 3000 degree C) is achieved for the first time. 3D parts with shapes like ring and cube are fabricated. Not only does this study explore the feasibility of melting dissimilar and high melting temperature materials using fs lasers, but it also lays out a solid foundation for 3D printing of complex structure with designed compositions, microstructures and properties. This can greatly benefit the applications in automobile, aerospace and biomedical industries, by producing parts like nozzles, engines and miniaturized biomedical devices.
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