中國報告大廳網(wǎng)訊，在制造業(yè)邁向智能化、精密化的進程中，激光振鏡作為選區(qū)激光熔化技術(shù)的關(guān)鍵組件，其性能優(yōu)劣直接關(guān)乎零件制造質(zhì)量。2025年，激光振鏡行業(yè)競爭愈發(fā)激烈，各企業(yè)紛紛加大研發(fā)投入，致力于提升振鏡精度與穩(wěn)定性，以搶占市場高地。在此背景下，深入探究激光振鏡精度對選區(qū)激光熔化零件性能的影響，對優(yōu)化制造工藝、提升產(chǎn)品競爭力意義深遠。
采用最大激光功率 500W 的 IPG YLR - 500 - SM 光纖激光器、聚焦后光斑直徑為 50μm 的光路系統(tǒng)以及全自動鋪粉裝置構(gòu)成的選區(qū)激光熔化裝備開展試驗。三次打印均在純氬氣保護環(huán)境下進行，將氧含量嚴格控制在 0.01% 以內(nèi)。試驗設(shè)定統(tǒng)一的打印參數(shù)，激光功率為 175W、掃描速度為 1050mm/s、掃描間距為 60μm、粉末層厚度為 30μm、旋轉(zhuǎn)角度為 67°。試驗所用粉末粒徑處于 15 - 53μm 區(qū)間，平均粒徑達 32.14μm(即 D50) ，其中 Al 元素質(zhì)量分數(shù)為 6.27%，V 元素質(zhì)量分數(shù)為 4.09%，其他元素質(zhì)量分數(shù)為 0.1%，基材選用 Ti。
《2025-2030年全球及中國激光振鏡行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，通過對激光振鏡精度進行調(diào)控，獲得三種不同精度狀態(tài)。在基板面打印區(qū)域，xy 平面為基板成形范圍，由 xy 平面坐標點對應(yīng)的精度值構(gòu)成振鏡精度校準面。第一種狀態(tài)下，打印區(qū)域內(nèi)所有坐標點的打印精度均在 0.025mm 以內(nèi);第二種狀態(tài)，區(qū)域內(nèi)激光振鏡精度處于 0.05mm 以內(nèi);第三種狀態(tài)，區(qū)域內(nèi)激光振鏡精度在 0.09mm 以內(nèi)，三種情況的激光振鏡精度呈依次下降趨勢。選區(qū)激光熔化結(jié)束后，運用線切割制備試樣，并進行打磨、拋光等處理制取金相樣品，采用多種專業(yè)設(shè)備對試樣進行物相分析、微觀結(jié)構(gòu)觀察及斷口形貌分析。
隨著激光振鏡精度在有限范圍內(nèi)發(fā)生變化，試樣硬度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。在選區(qū)激光熔化過程中，激光振鏡精度決定了路徑掃描的準確性，而材料硬度能夠側(cè)面反映材料熔化凝固后的均勻性。準確的熔道掃描并穩(wěn)定搭接形成熔池，有助于制造出硬度均布的零件。不同精度下試樣硬度的下降，表明選區(qū)激光熔化的冶金均勻性出現(xiàn)了一定程度的不均勻。
試樣致密度同樣隨激光振鏡精度變化呈變小趨勢。在已形成的熔道區(qū)搭接過程中，激光振鏡受多種因素干擾出現(xiàn)有限范圍擺動，致使掃描間距增大，造成熔道在規(guī)劃路徑上失穩(wěn)，使得搭接部位部分粉末未熔化或熔化不充分，最終導(dǎo)致致密度降低。
對三組樣品進行 XRD 物相分析發(fā)現(xiàn)，所有樣品的衍射峰均呈現(xiàn)為 α/α' 密排六方結(jié)構(gòu)相。在鈦合金從高溫冷卻過程中，會發(fā)生復(fù)雜的相變過程，如馬氏體相變等，且 α 相與 β 相之間遵循特定的位相關(guān)系。盡管激光振鏡精度不同，但物相組成相同，說明在其他條件一致時，不同精度的激光振鏡都能使能量場覆蓋部位產(chǎn)生基本相同的熔化與凝固效果。
觀察試樣微觀組織形貌，三組試樣顯微組織中均出現(xiàn)細小針狀的馬氏體。這是由于選區(qū)激光熔化過程的高速加熱和冷卻效應(yīng)，使合金快速凝固形成細小組織并發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。不過，因激光振鏡精度差異，熔道偏移間接改變掃描間距，對熔池溫度場、蒸汽反沖壓力等產(chǎn)生影響，致使三組試樣的組織形貌并非完全一致。
在力學(xué)性能方面，隨著激光振鏡精度降低，試樣的屈服強度與斷裂應(yīng)變值呈現(xiàn)下降現(xiàn)象。當激光振鏡精度下降，熔道產(chǎn)生偏移，脫離原始規(guī)劃路徑，改變掃描間距，引發(fā)熔池溫度場、流場及反沖壓力變化，導(dǎo)致氣孔、飛濺或未熔粉末產(chǎn)生。這些因素雖使三組試樣抗拉強度與屈服強度差距不明顯，但降低了拉伸件承載面積，致使試樣斷后伸長率下降。
隨著激光振鏡精度變差，在路徑掃描過程中部分點可能發(fā)生偏移。當偏移量較小時，掃描路徑還能維持預(yù)定軌跡;但偏移量較大時，會在某點突然引發(fā)路徑偏移。路徑偏移致使光斑覆蓋粉末的范圍改變，進而影響熔池狀態(tài)，最終導(dǎo)致零件性能發(fā)生變化。
通過在感光片上觀察三組激光振鏡的掃描軌跡以及加工試樣的金相表面形貌，驗證了上述機理。精度較高的激光振鏡在感光片上的掃描路徑呈直線，而精度為 0.09mm 范圍內(nèi)的激光振鏡掃描軌跡出現(xiàn)漂移，直線發(fā)生畸變，經(jīng)測量偏移量達 10μm。同時，隨著激光振鏡精度下降，試樣金相拋光表面出現(xiàn)明顯氣孔缺陷，且精度越低氣孔越大。這表明激光振鏡精度變差會使實際掃描路徑與原始規(guī)劃路徑產(chǎn)生偏差，影響選區(qū)激光熔化進程，降低成形件致密度與力學(xué)性能。
綜上所述，在2025年激光振鏡行業(yè)競爭激烈的大環(huán)境下，本次研究深入揭示了激光振鏡精度對選區(qū)激光熔化 Ti6Al4V 零件性能的影響規(guī)律。不同激光振鏡精度下，零件物相組成相同，但致密度、硬度、力學(xué)性能等均隨精度下降而降低。激光振鏡精度變差會引發(fā)熔道偏移，改變?nèi)鄢貭顟B(tài)，產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。研究還發(fā)現(xiàn)，激光振鏡校準精度在 0.05mm 范圍內(nèi)時，掃描軌跡相對穩(wěn)定，可作為選區(qū)激光熔化校準的理論參考值。這些結(jié)論為優(yōu)化選區(qū)激光熔化工藝、制定激光振鏡校準標準提供了重要依據(jù)，有助于提升零件成形質(zhì)量，增強企業(yè)在激烈市場競爭中的技術(shù)優(yōu)勢 。
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