日前，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的科學家們朝著解決一直困擾著常見的金屬3D打印技術(shù)的一個問題邁出了重要的一步。這個問題是：在激光粉末床熔融進程中，什么樣的相互作用有可能導(dǎo)致孔隙率?

　　在2016年5月20日出版雜志《Acta Materialia》上，LLNL的研究人員Ibo Matthews和他的團隊發(fā)現(xiàn)，激光照射金屬粉末造成的氣體流動，是導(dǎo)致在打印過程中激光路徑附近的粉末被驅(qū)走的主要驅(qū)動力。這一“剝蝕”現(xiàn)象導(dǎo)致了激光在進行下一段照射熔融的時候可用的粉末減少，從而在成品部件中形成了微小的孔隙和缺陷。

　　“在這個過程中，你會得到很接近或達到沸點的金屬，所以就會從熔池產(chǎn)生較強的蒸汽流出。”Matthews解釋說：“在這項研究之前，人們并不理解金屬蒸汽的流出會對粉末床有什么影響。”

　　為了仔細觀察這一在微觀水平中發(fā)生的現(xiàn)象，LLNL的科學家們從德國亞琛的Fraunhofer研究所獲得了一臺基于激光的粉末床融合R&D平臺。使用一臺定制的顯微鏡裝置、一個真空室和超高速攝像機(從LLNL烈性炸藥應(yīng)用中心借來的)，他們得以觀察到在激光經(jīng)過時金屬粉末的噴發(fā)過程。借助計算機仿真和流體動力學原理，科學家們構(gòu)建了能夠重現(xiàn)粒子運動的模型。

　　“(Matthews)發(fā)現(xiàn)了在金屬粉末床增材制造過程中出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，在此之前我們對其一無所知。但是這一現(xiàn)象對部件的質(zhì)量和生成速度有著重要的影響。”LLNL增材制造主任Chris Spadaccini說：“但是現(xiàn)在我們知道了，就可以在我們的預(yù)測模型中體現(xiàn)它們，所以現(xiàn)在我們正在將其加入到仿真代碼中。”

　　Matthews說他們下一步準備研究孔隙是如何實時發(fā)展的，并使用這一新的信息探索如何更好地對該工藝進行診斷和修正，以提高生成質(zhì)量。

　　“現(xiàn)在我們對金屬3D打印過程中實際發(fā)生的現(xiàn)象有了更好的理解，所以我們現(xiàn)在可以更加準確地模擬這一過程，以獲得更好的制造效果。”Matthews說：“最后，我們希望能夠用該模擬來確認我們正在制造的部件沒有缺陷或者缺陷很少。”

來源：天工社