science：金屬3D打印濺射缺陷新機制

南極熊發(fā)現，2020年5月8日，世界著名頂級學術期刊Science上發(fā)布了一篇《Controlling interdependent meso-nanosecond dynamics and defect generation in metal 3D printing》，簡單可翻譯為“控制金屬3D打印中相互依賴的中納秒級動力學和缺陷生成”。對于提高金屬3D打印微觀質量有巨大的幫助，南極熊希望產業(yè)界人士可以認真了解下。

Saad A. Khairallah等在論文中表示，最先進的金屬3D打印機有望徹底改變制造業(yè)，然而它們還沒有達到最佳的運行可靠性。目前的挑戰(zhàn)是控制復雜的激光-粉末-熔體池的相互依賴性（相互依賴）動力學。使用高保真模擬，結合同步加速器實驗，在中納秒尺度上捕獲了快速多瞬態(tài)動力學，并發(fā)現了新的飛濺誘導缺陷形成機制，這些缺陷的形成機制取決于掃描策略和激光跟蹤和驅逐之間的競爭。得出了穩(wěn)定熔池動力學和最小化缺陷的標準。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。重復數千次的分層過程，其結果為的三維對象的構建。非常有必要了解和控制激光工藝參數與復雜的粉末和熔池動力學之間的相互依賴關系。這是為了幫助解決變異性問題，其中包括打印的零件不重復地滿足要求合格標準和認證步驟。

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程中的熔池。在粉床層的研究中發(fā)現了由以下因素驅動的混沌粉末動態(tài)熔池洼地的水汽
以每秒數百米的速度。這高水汽通量產生了復雜的氣體流，將松散的粉末顆粒夾在周圍，形成了復雜的氣體流。激光軌道的兩側。這個過程有時會產生大的去皮區(qū)，而這些去皮區(qū)的面積很大。缺粉，并導致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到約15米/秒，并且它們在各種環(huán)境壓力下形成。因此，減少飛濺是L-PBF中的一個高度優(yōu)先事項。生產不含這些缺陷仍然具有挑戰(zhàn)性。機械性能的影響是受小的影響。微孔的量，甚至對部分是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，但這些技術可能仍然缺乏對人體的影響。所需的空間和時間分辨率，以充分捕捉熔池的超快動態(tài)變化。





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