3D打印不必再受氣穴影響了

來(lái)源：3D打印世界

3D打印過(guò)程中，如果有氣體進(jìn)入金屬粉末，就會(huì)出現(xiàn)微小的氣穴。產(chǎn)生氣穴的區(qū)域呈奶酪狀結(jié)構(gòu)，與周圍其他區(qū)域想比，密度較小，因而容易斷裂或出現(xiàn)其他問(wèn)題。據(jù)悉，卡內(nèi)基梅隆學(xué)校的科研團(tuán)隊(duì)與美國(guó)能源部門阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室日前確認(rèn)了這些氣穴的形成原理，并研發(fā)了一種預(yù)測(cè)氣穴產(chǎn)生的方法?？窃凇犊茖W(xué)》雜志上的這一研究可能會(huì)極大地改觀3D打印過(guò)程。

科學(xué)家采用阿貢實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)光子源——極其明亮的高能量X光線快速拍攝激光粉末床融合(LPBF)的視頻及圖片，記錄利用激光將粉末融合到一起的過(guò)程。當(dāng)利用激光層層掃描粉末將其熔化時(shí)，成品慢慢出現(xiàn)。但是若過(guò)程中產(chǎn)生微小氣穴，則會(huì)產(chǎn)生瑕疵。這些瑕疵會(huì)導(dǎo)致最后的成品出現(xiàn)斷裂或其他質(zhì)量問(wèn)題。

至今，制造商們都不是很了解激光是如何進(jìn)入金屬并產(chǎn)生“蒸汽壓縮”的。他們認(rèn)為出現(xiàn)氣穴的原因跟金屬粉末的類型或激光強(qiáng)度有關(guān)。于是，制造商們一直采用錯(cuò)誤的方法實(shí)驗(yàn)各種不同金屬和激光希望以此來(lái)降低次品率。

“大部分人認(rèn)為激光照在金屬粉末表面，會(huì)被金屬吸收，然后激光熔化金屬形成一個(gè)金屬液池。但實(shí)際上，激光像鉆孔一樣進(jìn)入了金屬粉末內(nèi)部。”研究人員介紹道。

通過(guò)阿貢實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的同步回旋設(shè)備，研究人員觀察到了在逐層打印時(shí)激光在金屬粉末床的運(yùn)動(dòng)軌跡。融熔后的金屬粉末的形狀在完美情況下是淺淺的半圓形，但在實(shí)際的打印過(guò)程中，高能量激光在較慢的移動(dòng)過(guò)程中會(huì)將熔化粉末的形狀改變成印在模具中的鑰匙孔：上端較圓較大，底下是較窄的穗狀。這種“鑰匙孔”模型極有可能會(huì)導(dǎo)致最后的產(chǎn)品出現(xiàn)瑕疵。

“基于這一研究，我們知道了鑰匙孔模型比增材制造使用的金屬粉末更重要。 研究顯示我們可以預(yù)測(cè)產(chǎn)生鑰匙孔的因素，只要隔絕這些因素就可以避免出現(xiàn)鑰匙孔帶來(lái)的瑕疵風(fēng)險(xiǎn)了?！毖芯咳藛T稱。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光的能量達(dá)到一定強(qiáng)度足以令金屬粉末沸騰時(shí)，鑰匙孔形狀就形成了。這反過(guò)來(lái)也表明，激光調(diào)焦在增材制造過(guò)程中的特殊重要性。

“多虧了阿貢實(shí)驗(yàn)室的科研設(shè)備能力，才有機(jī)會(huì)第一次觀察到鑰匙孔現(xiàn)象如此具體的細(xì)節(jié)。這當(dāng)然離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)室的高強(qiáng)度高能量激光?！毖芯咳藛T表示。

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