激光诱导击穿光谱表征3D打印18Ni300模具钢表面硬度

杨金伟,孔令华,付洪波,练国富,易定容,黄 旭,雷鹏达

(1.福建工程学院机械与汽车工程学院,福建 福州 350118；2.数字福建工业制造物联网实验室,福建 福州 350118；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031；4.华侨大学机电及自动化学院,福建 厦门 361021)

1 引 言

3D打印(增材制造)技术是一种快速自由成形三维实体零件的新技术,它以数字文件为基础,利用金属粉末和塑料等材料,通过逐层打印的方式成型形物体。常用的3D打印技术有电子束熔化成型、选择性激光烧结和选择性激光融化等。选择性激光熔化(Selective laser melting,SLM)是3D打印工艺的一种,其通过高功率激光束选择性地熔化连续的粉末层来制造具有复杂几何形状的零件[1]。与传统的制造技术相比,SLM可以直接由粉末制造出复杂形状的零件,具有良好的减重、热控制、摩擦磨损、生物匹配等性能[2]。目前广泛应用于航空航天、汽车、医学和艺术等领域。

在3D打印成形零件过程中,力学性能直接影响着零件后续的运行安全和使用寿命,硬度是零件材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标,因此对3D打印零件的硬度进行无损和快速的表征,具有重要的应用意义。目前硬度的测量可以通过多种不同的硬度试验来实现,常用的有维氏硬度试验等。传统的硬度测量往往需要进行破坏性取样,这对于一次成形的3D打印零件是不适用的,因此需要发展无损的硬度测量方法。有研究表明,激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown spectroscopy,LIBS)技术可以作为硬度表征的一种新方法,与传统的硬度测量方法相比,LIBS具有近无损、快速和在线表征等诸多优点[3]。……