激光粉末床熔融制造金剛石基復合材料復雜構(gòu)件

供稿人：張碧璇 導師：王富
供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

金屬基復合材料（MMC）是目前最有前途的先進應用材料之一,，金屬基體與增強體的結(jié)合使其具有優(yōu)良的機械,、熱學和電學性能,，但目前其主要制備方法粉末冶金,、攪拌鑄造和擠壓鑄造只能制備出簡單結(jié)構(gòu)的MMC,，無法發(fā)揮其全部的優(yōu)異性能。激光粉末床熔融（LPBF）技術(shù)可以制造傳統(tǒng)方法難以制造的復雜結(jié)構(gòu),。而現(xiàn)有的LPBF方法制備MMC結(jié)構(gòu)的難度較大,，未熔化的顆粒會對熔池造成影響，導致飛濺,，并形成打印缺陷。

美國內(nèi)布拉斯加大學林肯分校的Loic Constantin等人利用LPBF技術(shù)制備Cu/D復合材料,，研究發(fā)現(xiàn),，在傳統(tǒng)的LPBF工藝中增加一個重新涂覆步驟，可以顯著提高Cu/D復合材料的打印質(zhì)量,。研究人員通過實施不同的3D打印策略,，即重涂和重熔，成功地打印了致密,、復雜和高導電的Cu/5 vol% D復合材料,。

在本研究中，將5 vol% 帶有二氧化鈦-碳化鈦涂層的金剛石顆粒與純銅粉混合,。傳統(tǒng)的LPBF技術(shù)通過重復三個步驟來逐層打印3D零件：沉積薄粉層,，激光熔化，降低基板。使用這種策略打印Cu/D復合材料時,，在激光和Cu+D粉末相互作用過程中會出現(xiàn)大量飛濺和金屬蒸氣,。

重涂策略包括五個步驟：沉積薄粉層，激光熔化,，再沉積薄粉層,，激光熔化，降低基板,。重熔策略包括四個步驟：沉積薄粉層,，激光熔化，激光重熔,，降低基板,。采用不同的打印策略和打印參數(shù)對金屬基復合材料進行打印，發(fā)現(xiàn)采用重熔策略獲得的復合材料密度最大,，其次是重涂策略,。采用重熔策略在工藝窗口中產(chǎn)生平滑、致密的樣品,。

圖1 使用單熔化,、重涂和重熔策略打印時Cu/D復合材料表面的圖示

圖2 用于微電子應用的復雜結(jié)構(gòu)Cu/D復合材料

本研究通過在LPBF工藝中增加新的打印步驟，限制了飛濺和打印缺陷的產(chǎn)生,，為激光3D打印廣泛用于MMC開辟了新的途徑,。

參考文獻：
Loic Constantin, Nada Kraiem, Zhipeng Wu, Bai Cui, Jean-Luc Battaglia, Christian Garnier, Jean-François Silvain, Yong Feng Lu, Manufacturing of complex diamond-based composite structures via laser powder-bed fusion, Additive Manufacturing, Volume 40, 2021.