3D打印不必再受氣穴影響了

來源：3D打印世界

3D打印過程中，如果有氣體進入金屬粉末，就會出現(xiàn)微小的氣穴。產(chǎn)生氣穴的區(qū)域呈奶酪狀結構，與周圍其他區(qū)域想比，密度較小，因而容易斷裂或出現(xiàn)其他問題。據(jù)悉，卡內(nèi)基梅隆學校的科研團隊與美國能源部門阿貢國家實驗室日前確認了這些氣穴的形成原理，并研發(fā)了一種預測氣穴產(chǎn)生的方法。刊登在《科學》雜志上的這一研究可能會極大地改觀3D打印過程。

科學家采用阿貢實驗室的高級光子源——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程。當利用激光層層掃描粉末將其熔化時，成品慢慢出現(xiàn)。但是若過程中產(chǎn)生微小氣穴，則會產(chǎn)生瑕疵。這些瑕疵會導致最后的成品出現(xiàn)斷裂或其他質量問題。

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

“大部分人認為激光照在金屬粉末表面，會被金屬吸收，然后激光熔化金屬形成一個金屬液池。但實際上，激光像鉆孔一樣進入了金屬粉末內(nèi)部�！毖芯咳藛T介紹道。

通過阿貢實驗室強大的同步回旋設備，研究人員觀察到了在逐層打印時激光在金屬粉末床的運動軌跡。融熔后的金屬粉末的形狀在完美情況下是淺淺的半圓形，但在實際的打印過程中，高能量激光在較慢的移動過程中會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”模型極有可能會導致最后的產(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測產(chǎn)生鑰匙孔的因素，只要隔絕這些因素就可以避免出現(xiàn)鑰匙孔帶來的瑕疵風險了�！毖芯咳藛T稱。

研究發(fā)現(xiàn)，當激光的能量達到一定強度足以令金屬粉末沸騰時，鑰匙孔形狀就形成了。這反過來也表明，激光調焦在增材制造過程中的特殊重要性。

“多虧了阿貢實驗室的科研設備能力，才有機會第一次觀察到鑰匙孔現(xiàn)象如此具體的細節(jié)。這當然離不開實驗室的高強度高能量激光。”研究人員表示。

來源：3D打印世界