Dispersion effects of nanocomposites to improve melting and resolidification behavior during PBF-LB/P with near-infrared diode lasers

纳米复合材料的色散效应可改善近红外二极管激光器 PBF-LB/P 过程中的熔化和再凝固行为

基本信息

项目摘要

Even though the additive manufacturing process has become more popular these days, the available micro-powder feedstocks are often inadequate for laser processing tasks. In the field of polymer powders, there is a lack of a sufficiently wide range of processable materials and a limited understanding of the material’s behavior during laser-based additive manufacturing. A substantial understanding of the material behavior, the process conditions, the reproducibility and thus the properties of manufactured parts can only be achieved through the collaborative work of material scientists and process engineers. The proposed project aims to improve the knowledge of the influence of nano-additives and beam shaping on the material processing behavior in laser-based powder bed fusion (PBF-LB/P) with laser radiation in the near-infrared (NIR) region. By tuning PA12 and TPU powders with CuS and LaB6 nanoparticles, made by scalable high-power laser fragmentation and downstream-supporting, the absorption of PBF-NIR laser energy will be increased, which enables beam shaping options. Note that switching from the conventional CO2 (10600 nm) to a NIR laser source (808 nm) allows beam shaping devices to improve the temporal and spatial control of the energy input into the process zone. Our experimental setup will use a digital light processor (DLP) for a simultaneous and adjustable laser energy input over an entire area to control the heating and cooling conditions in the process chamber. During the process, microscopic changes in the material are expected to affect final part properties macroscopically. The experiments will be substantiated by a simulation model that takes into account the heat dissipation and distribution into the nano-additivated material after its development and validation. Therefore, our project includes investigating both the material-related and the process-related influencing factors to pave the way for improved, predictable, and controllable PBF-LB/P processing of tunable polymer composites by adaptive, simultaneous NIR exposure strategies.
尽管增材制造工艺如今变得越来越流行,但可用的微粉原料往往不足以完成激光加工任务。在聚合物粉末领域,缺乏足够宽范围的可加工材料,并且对基于激光的增材制造期间的材料行为的理解有限。只有通过材料科学家和工艺工程师的合作,才能对材料行为、工艺条件、再现性以及所制造零件的性能有实质性的了解。该项目旨在提高纳米添加剂和光束成形对近红外(NIR)区域激光辐射激光基粉末床熔合(PBF-LB/P)材料加工行为的影响的认识。通过调整PA 12和TPU粉末与CuS和LaB 6纳米颗粒,由可扩展的高功率激光破碎和下游支持制成,PBF-NIR激光能量的吸收将增加,这使得光束整形选项成为可能。注意,从常规CO2(10600 nm)切换到NIR激光源(808 nm)允许光束成形装置改善对输入到处理区中的能量的时间和空间控制。我们的实验装置将使用数字光处理器(DLP),在整个区域内同时输入可调节的激光能量,以控制处理室中的加热和冷却条件。在该过程中,材料的微观变化预计会影响最终部件的宏观性能。这些实验将通过一个模拟模型来证实,该模型在开发和验证后考虑了纳米添加剂材料的散热和分布。因此,我们的项目包括调查材料相关和工艺相关的影响因素,为改进,可预测和可控的PBF-LB/P处理可调聚合物复合材料的自适应,同时近红外曝光策略铺平道路。

项目成果

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