填充添加剂制造过程中形成的孔

阿贡和卡内基梅隆致力于消除削弱3D打印部件的气穴。

用激光粉末床熔合(LPBF)制造金属零件时,金属零件上会形成微小的小孔。这些微小的气穴会导致最终产品出现裂缝和其他故障。

发表在科学类杂志已经确定了这些气穴的形成方式和时间,以及预测其形成的方法。这篇文章是基于由卡内基梅隆大学美国能源部阿贡国家实验室.

“本文的研究将转化为更好的质量和更好的控制与机器的工作,”安东尼·罗利特说,卡内基梅隆大学材料科学与工程教授,论文作者之一。“为了让添加剂制造业真正为大多数公司腾飞,我们需要提高成品的一致性。这项研究是朝着这个方向迈出的重要一步。”

到现在为止,制造商和研究人员对激光是如何钻入金属的知之甚少,产生被称为“蒸汽凹陷”的空腔,但他们认为应该归咎于金属粉末的类型或激光的强度。因此,制造商们一直在用一种尝试和错误的方法来处理不同类型的金属和激光来减少缺陷。

研究表明,在LPBF过程中,这些蒸汽压差几乎存在于所有条件下。不管使用的是激光还是金属。更重要的是,研究表明,如何预测一个小的抑郁症何时会发展成一个大的和不稳定的抑郁症,这可能会造成一个缺陷。

研究表明,当达到一定的激光功率密度,足以使金属沸腾时,就会形成小孔。这个,反过来,揭示了激光聚焦在AM过程中的关键重要性,这是迄今为止很少受到关注的元素,研究人员称。

该团队认为,这项研究可以激励AM机器的制造商在控制机器时提供更大的灵活性,并且改进机器的使用将导致最终产品的显著改进。此外,如果这些见解被付诸行动,3D打印的过程可能会更快。

Rollett说:“这很重要,因为3D打印一般来说速度相当慢。”“打印几英寸高的零件需要几个小时。如果你能负担得起这项技术的费用,那没关系,但我们需要做得更好。”

在阿贡国家实验室的同步加速器下拍摄的图像显示,金属3D打印过程中将形成一个小孔空隙。采用LPBF工艺,打印机在金属上“钻”一个洞。科学家们使用了非常明亮的,高能X射线拍摄超高速视频——每秒50000帧,以及LPBF过程的图像(见视频)。