确定3D打印金属产品关键缺陷的原因

来自卡内基梅隆大学的一个团队发现了3D打印金属产品中出现关键缺陷的原因，这可能会带来改进和更快的打印过程。近年来，金属3D打印取得了许多进展，但研究人员仍在努力改进以微调工艺并创造更稳定和复杂的物体。为此，卡内基梅隆大学的研究人员与阿贡国家实验室合作，确定了金属3D打印产品异常的一个关键原因。具体而言，他们现在了解这些产品中的气袋是如何形成的，可能会消除这些口袋可能导致的未来产品中的裂缝和其他故障。

如何通过零件几何形状，表面光洁度，二次加工和其他考虑因素来优化您的设计领导该研究的CMU材料科学与工程教授Anthony Rollett表示，这项工作可以带来更好的质量控制，并更好地控制金属增材制造中使用的机器。反过来，这可以带来更广泛的商业化选择以及更快的生产过程。

“对于大多数公司来说，增材制造要真正起飞，我们需要提高成品的一致性，”他说。“这项研究是朝这个方向迈出的重要一步。”CMU团队通过与Argonne的合作，为促进其研究提供了一些关键帮助。他们能够在Argonne的高级光子源(APS)，能源部科学用户设施部门使用极其明亮的高能X射线，拍摄一个名为激光功率床融合(LPBF)的过程的视频和图像。

在这个过程中，激光用于熔化和熔化材料金属粉末在一起，扫描每层材料，以熔化金属在需要的地方。当气体被困在这些层中时，通常会形成缺陷，从而导致不完美，这可能意味着物体在路面上发生故障。

以前，制造商和研究人员并不太了解激光如何钻入金属中以产生称为“蒸汽凹陷”的空腔，但是他们有一些假设认为金属粉末类型的凹陷或过程中使用的激光强度。这导致使用不同类型的金属和激光在耗时的试错过程中产生更好的结果。

Rollett团队现在所做的是发现这些蒸汽凹陷几乎存在于该过程的所有条件下，这意味着激光或金属不应该受到指责。也许更重要的是，研究人员现在可以预测，当一个小萧条会发展成更大，更不稳定，并有可能产生缺陷时。

“我们正在揭开面纱，揭示真正发生的事情，”Rollett解释道。“大多数人认为你在金属粉末表面照射激光，光线被材料吸收，并将金属熔化成熔池。实际上，你真的在​​金属上钻一个洞。“

通过在Argonne的APS上使用专门的设备，研究人员可以观察当激光穿过金属粉末床以产生产品层时会发生什么。

他们观察到的是，在实际印刷过程中，通常以低速移动的高功率激光器可以将熔池形状改变成类似钥匙孔的形状，其在顶部是圆形的并且在底部具有窄的尖峰。 。研究人员发现，这种类型的熔化可能会导致最终产品出现缺陷。

此外，研究表明，当达到足以使金属沸腾的特定激光功率密度时形成键孔，这揭示了激光焦点在增材制造过程中的重要性。研究人员说，到目前为止，这个元素很少受到关注。该团队在“科学”杂志上发表了一篇关于他们工作的论文。

研究人员希望他们的工作能够激励增材制造机器的制造商为机器控制提供更大的灵活性，这可能会导致最终产品的改进，他们说。Rollett说，更快的金属3D打印也可能是研究的结果。

“这很重要，因为3D打印一般都很慢，”他说。“打印几英寸高的部件需要几个小时。如果你有能力支付这项技术，那就没关系，但我们需要做得更好。“

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰写了20多年的技术和文化。她曾在凤凰城，旧金山和纽约市作为专业记者生活和工作。在空闲时间，她喜欢冲浪，旅游，音乐，瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。