在高温与极低湿度环境下开展测试 – 揭示粉末与环境湿度的相互作用

金属粉末材料如何与环境湿度相互作用以及这种相互作用对激光束熔化的影响？

背景

奥格斯堡弗劳恩霍夫 IGCV 研究所工作的Siegfried Bähr 为他的硕士论文选择了这项极具挑战性项目。

前提

为研究初始粉末中的水分与后续建筑部件的质量之间是否存在某些相关性。首先必须要知道激光束熔化 (LBM) 的工作原理究竟是怎样的。毕竟，LBM 是目前添加剂金属粉末加工领域中使用最常用的工艺。

工作原理

在建筑平台上涂上一层薄薄的待加工粉末材料随后，一条激光束连续扫射部件轮廓，在这个过程中粉末完全熔化，并在凝固后形成一个刚性材料层。紧接着，将施工平台降低一层厚度，再涂上一层新的粉末，用激光束再次勾勒出部件轮廓。

该过程一直持续，直到生成所有所需的层，并能够取下建筑部件的成品。设备生产组件所需的所有工艺数据，如3D CAD数据，都是预先收集的。以这种方式生产的零部件越来越多地用于航空航天和汽车等关键行业。例如，某些发动机制造商正在批量生产和安装使用添加剂制造的发动机零件。

实验过程

完成这些试验的设备需要满足一些要求

在整个内腔内精确的温度分布

可变湿度

便于操作

记录软件

温度范围：-10 ℃ ~ 100 ℃

湿度范围：RH 10 % ~ RH 98 %

APT.line™ 内腔预热技术

采用电容式湿度传感器和蒸汽加湿进行湿度调节

内腔完全由不锈钢制成

BINDER 多功能管理软件 APT-COM™ 基础版

直观的触摸屏控制器，带有时段和内部数据记录的实时编程功能。

通过 USB 可读取内部数据记录器、开放格式的测量值。

试验过程

研究时，Bähr 会将粉末样品放在一个铝盘中，然后将铝盘置于腔体内的一组天平上。天平被放置在防振底板上。该底板是由 BINDER 专门为此用途而量身定制的。通过在一定时间间隔内记录一系列气候条件下的质量，Bähr能够动态记录粉末中水分的增加。

通过这位年轻科学家进行的测试，最终为金属粉末的处理提出了一些实际应用方面的建议。此外，研究还揭示了对激光束加工中水分问题的进一步了解。Bähr 在弗劳恩霍夫 IGCV 研究所工作期间获得的研究结果将提供给更广泛的行业。

设备评价

“BINDER 箱体拥有强大的功能，例如，它也可以在常规情况下未预估到的高温且极低的湿度条件下接近测试点对其进行测试。即便是处于这样的条件下，恒温恒湿箱仍然可以保持其自身的气候环境。”试验结束 Bähr给予了BINDER 的恒温恒湿箱 (KMF 115)高度评价。

恒温恒湿箱的优势 

- 采用 APT.line™ 预热腔实现均匀的气候条件

- 自动的水管理和废水管理系统

- 快速响应的蒸汽加湿

- 超宽湿度范围，最高可达 RH 98 %

- 适用于严苛的压力测试，例如在 85 °C 和 RH 85 % 下