確定3D打印金屬產品關鍵缺陷的原因

來自卡內基梅隆大學的一個團隊發(fā)現了3D打印金屬產品中出現關鍵缺陷的原因，這可能會帶來改進和更快的打印過程。近年來，金屬3D打印取得了許多進展，但研究人員仍在努力改進以微調工藝并創(chuàng)造更穩(wěn)定和復雜的物體。為此，卡內基梅隆大學的研究人員與阿貢國家實驗室合作，確定了金屬3D打印產品異常的一個關鍵原因。具體而言，他們現在了解這些產品中的氣袋是如何形成的，可能會消除這些口袋可能導致的未來產品中的裂縫和其他故障。

如何通過零件幾何形狀，表面光潔度，二次加工和其他考慮因素來優(yōu)化您的設計領導該研究的CMU材料科學與工程教授Anthony Rollett表示，這項工作可以帶來更好的質量控制，并更好地控制金屬增材制造中使用的機器。反過來，這可以帶來更廣泛的商業(yè)化選擇以及更快的生產過程。

“對于大多數公司來說，增材制造要真正起飛，我們需要提高成品的一致性，”他說。“這項研究是朝這個方向邁出的重要一步。”CMU團隊通過與Argonne的合作，為促進其研究提供了一些關鍵幫助。他們能夠在Argonne的高級光子源(APS)，能源部科學用戶設施部門使用極其明亮的高能X射線，拍攝一個名為激光功率床融合(LPBF)的過程的視頻和圖像。

在這個過程中，激光用于熔化和熔化材料金屬粉末在一起，掃描每層材料，以熔化金屬在需要的地方。當氣體被困在這些層中時，通常會形成缺陷，從而導致不完美，這可能意味著物體在路面上發(fā)生故障。

以前，制造商和研究人員并不太了解激光如何鉆入金屬中以產生稱為“蒸汽凹陷”的空腔，但是他們有一些假設認為金屬粉末類型的凹陷或過程中使用的激光強度。這導致使用不同類型的金屬和激光在耗時的試錯過程中產生更好的結果。

Rollett團隊現在所做的是發(fā)現這些蒸汽凹陷幾乎存在于該過程的所有條件下，這意味著激光或金屬不應該受到指責。也許更重要的是，研究人員現在可以預測，當一個小蕭條會發(fā)展成更大，更不穩(wěn)定，并有可能產生缺陷時。

“我們正在揭開面紗，揭示真正發(fā)生的事情，”Rollett解釋道。“大多數人認為你在金屬粉末表面照射激光，光線被材料吸收，并將金屬熔化成熔池。實際上，你真的在??金屬上鉆一個洞。“

通過在Argonne的APS上使用專門的設備，研究人員可以觀察當激光穿過金屬粉末床以產生產品層時會發(fā)生什么。

他們觀察到的是，在實際印刷過程中，通常以低速移動的高功率激光器可以將熔池形狀改變成類似鑰匙孔的形狀，其在頂部是圓形的并且在底部具有窄的尖峰。 。研究人員發(fā)現，這種類型的熔化可能會導致最終產品出現缺陷。

此外，研究表明，當達到足以使金屬沸騰的特定激光功率密度時形成鍵孔，這揭示了激光焦點在增材制造過程中的重要性。研究人員說，到目前為止，這個元素很少受到關注。該團隊在“科學”雜志上發(fā)表了一篇關于他們工作的論文。

研究人員希望他們的工作能夠激勵增材制造機器的制造商為機器控制提供更大的靈活性，這可能會導致最終產品的改進，他們說。Rollett說，更快的金屬3D打印也可能是研究的結果。

“這很重要，因為3D打印一般都很慢，”他說。“打印幾英寸高的部件需要幾個小時。如果你有能力支付這項技術，那就沒關系，但我們需要做得更好。“

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20多年的技術和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。