避免增材制造过程中出现缺陷的途径

激光粉末床熔融是一种主流的增材制造技术,但尚未发挥其潜力。工业界面临的问题是,在打印过程中有时会形成微小的气泡或孔隙,这些孔隙会在成品中产生缺陷。

在3D打印零件的过程中,当慢速高功率激光器在熔化金属粉末时,会在熔池中形成一个钥匙孔状的空洞。钥匙孔的底部会形成孔洞,即缺陷。发表在《科学》杂志上的新研究揭示了孔隙是如何产生并成为固化在金属中的缺陷。

卡内基梅隆大学工程学院材料科学与工程学教授,论文的主要合著者Anthony D. Rollett说:“这项研究的真正实际价值在于,我们可以精确地控制机器避免此问题。”

避免增材制造过程中出现缺陷的途径
材料科学与工程教授Tony Rollett讨论了用金属进行增材制造或3D打印以及如何使用先进的表征技术解决该领域的行业挑战。

在之前对锁孔现象进行量化研究的基础上,研究团队使用极亮的高能X射线来观察钥匙孔的不稳定性。钥匙孔在波动过程中形成了孔洞,它的形状发生了变化:钥匙孔尖端变形为 “J “形,并被捏断。这种不稳定的行为会在液态金属中产生声波,迫使孔隙离开钥匙孔,使它们存活足够长的时间,从而被困在重新凝固的金属中。该团队是第一个关注这种行为并确定发生现象的团队。

避免增材制造过程中出现缺陷的途径

需要注意的是,钥匙孔本身并不是缺陷,例如,它们可以提高激光的效率。使用阿贡国家实验室的同步辐射X射线设备,这是美国唯一可以运行这些实验的设施,研究人员注意到,稳定与不稳定的钥匙孔之间有一个明确的边界。

“只要你不在危险区[即太热、太慢],留下缺陷的风险就相当小,”罗利特说。

锁孔深度的波动会随着扫描速度的降低和边界不稳定侧的激光功率的增加而急剧增加。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

在更广泛的范围内,通过证明存在定义明确的锁孔孔隙度边界并展示其再现能力,科学可以为预测和改进打印工艺提供更可靠的基础。卡内基·梅隆大学Next Manufacturing Center的教务主任Rollett认为,这项研究的发现将很快找到他们公司如何操作3D打印机的方式。

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