science：金屬3D打印濺射缺陷新機(jī)制

南極熊發(fā)現(xiàn)，2020年5月8日，世界著名頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)布了一篇《Controlling interdependent meso-nanosecond dynamics and defect generation in metal 3D printing》，簡(jiǎn)單可翻譯為“控制金屬3D打印中相互依賴的中納秒級(jí)動(dòng)力學(xué)和缺陷生成”。對(duì)于提高金屬3D打印微觀質(zhì)量有巨大的幫助，南極熊希望產(chǎn)業(yè)界人士可以認(rèn)真了解下。

Saad A. Khairallah等在論文中表示，最先進(jìn)的金屬3D打印機(jī)有望徹底改變制造業(yè)，然而它們還沒(méi)有達(dá)到最佳的運(yùn)行可靠性。目前的挑戰(zhàn)是控制復(fù)雜的激光-粉末-熔體池的相互依賴性（相互依賴）動(dòng)力學(xué)。使用高保真模擬，結(jié)合同步加速器實(shí)驗(yàn)，在中納秒尺度上捕獲了快速多瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)，并發(fā)現(xiàn)了新的飛濺誘導(dǎo)缺陷形成機(jī)制，這些缺陷的形成機(jī)制取決于掃描策略和激光跟蹤和驅(qū)逐之間的競(jìng)爭(zhēng)。得出了穩(wěn)定熔池動(dòng)力學(xué)和最小化缺陷的標(biāo)準(zhǔn)。這將有助于提高制造可靠性。

激光粉末床熔融快速成型制造（L-PBF AM）技術(shù)使用激光束掃描平面上的二維圖案，并將其與激光粉末床熔融在一起。微觀（~15到100毫米）金屬粉末床。這就形成了熔池軌道，與下層熔融。重復(fù)數(shù)千次的分層過(guò)程，其結(jié)果為的三維對(duì)象的構(gòu)建。非常有必要了解和控制激光工藝參數(shù)與復(fù)雜的粉末和熔池動(dòng)力學(xué)之間的相互依賴關(guān)系。這是為了幫助解決變異性問(wèn)題，其中包括打印的零件不重復(fù)地滿足要求合格標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證步驟。

變化性源自于各種缺陷的堆積，如氣孔，這些缺陷在粉體層和在每層掃描過(guò)程中的熔池。在粉床層的研究中發(fā)現(xiàn)了由以下因素驅(qū)動(dòng)的混沌粉末動(dòng)態(tài)熔池洼地的水汽
以每秒數(shù)百米的速度。這高水汽通量產(chǎn)生了復(fù)雜的氣體流，將松散的粉末顆粒夾在周?chē)�，形成了�?fù)雜的氣體流。激光軌道的兩側(cè)。這個(gè)過(guò)程有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大的去皮區(qū)，而這些去皮區(qū)的面積很大。缺粉，并導(dǎo)致85%的粒子飛濺物以肉眼觀察到的火花。X射線成像顯示，飛濺粒子可以速度達(dá)到約15米/秒，并且它們?cè)诟鞣N環(huán)境壓力下形成。因此，減少飛濺是L-PBF中的一個(gè)高度優(yōu)先事項(xiàng)。生產(chǎn)不含這些缺陷仍然具有挑戰(zhàn)性。機(jī)械性能的影響是受小的影響。微孔的量，甚至對(duì)部分是99%以上的密度。探究熔池是由超高速的熔池完成的X射線技術(shù)，但這些技術(shù)可能仍然缺乏對(duì)人體的影響。所需的空間和時(shí)間分辨率，以充分捕捉熔池的超快動(dòng)態(tài)變化。





論文鏈接
https://science.sciencemag.org/content/368/6491/660.full