確定3D打印金屬產(chǎn)品關(guān)鍵缺陷的原因

發(fā)布時(shí)間：

2023-01-11 12:49

　　來(lái)自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了3D打印金屬產(chǎn)品中出現(xiàn)關(guān)鍵缺陷的原因，這可能會(huì)帶來(lái)改進(jìn)和更快的打印過(guò)程。近年來(lái)，金屬3D打印取得了許多進(jìn)展，但研究人員仍在努力改進(jìn)以微調(diào)工藝并創(chuàng)造更穩(wěn)定和復(fù)雜的物體。為此，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員與阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，確定了金屬3D打印產(chǎn)品異常的一個(gè)關(guān)鍵原因。具體而言，他們現(xiàn)在了解這些產(chǎn)品中的氣袋是如何形成的，可能會(huì)消除這些口袋可能導(dǎo)致的未來(lái)產(chǎn)品中的裂縫和其他故障。

　　如何通過(guò)零件幾何形狀，表面光潔度，二次加工和其他考慮因素來(lái)優(yōu)化您的設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)該研究的CMU材料科學(xué)與工程教授Anthony Rollett表示，這項(xiàng)工作可以帶來(lái)更好的質(zhì)量控制，并更好地控制金屬增材制造中使用的機(jī)器。反過(guò)來(lái)，這可以帶來(lái)更廣泛的商業(yè)化選擇以及更快的生產(chǎn)過(guò)程。

　　“對(duì)于大多數(shù)公司來(lái)說(shuō)，增材制造要真正起飛，我們需要提高成品的一致性，”他說(shuō)。“這項(xiàng)研究是朝這個(gè)方向邁出的重要一步。”CMU團(tuán)隊(duì)通過(guò)與Argonne的合作，為促進(jìn)其研究提供了一些關(guān)鍵幫助。他們能夠在Argonne的高級(jí)光子源(APS)，能源部科學(xué)用戶設(shè)施部門使用極其明亮的高能X射線，拍攝一個(gè)名為激光功率床融合(LPBF)的過(guò)程的視頻和圖像。

　　在這個(gè)過(guò)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(dāng)氣體被困在這些層中時(shí)，通常會(huì)形成缺陷，從而導(dǎo)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(chǎn)生稱為“蒸汽凹陷”的空腔，但是他們有一些假設(shè)認(rèn)為金屬粉末類型的凹陷或過(guò)程中使用的激光強(qiáng)度。這導(dǎo)致使用不同類型的金屬和激光在耗時(shí)的試錯(cuò)過(guò)程中產(chǎn)生更好的結(jié)果。

　　Rollett團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在所做的是發(fā)現(xiàn)這些蒸汽凹陷幾乎存在于該過(guò)程的所有條件下，這意味著激光或金屬不應(yīng)該受到指責(zé)。也許更重要的是，研究人員現(xiàn)在可以預(yù)測(cè)，當(dāng)一個(gè)小蕭條會(huì)發(fā)展成更大，更不穩(wěn)定，并有可能產(chǎn)生缺陷時(shí)。

　　“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(shù)人認(rèn)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(shí)際上，你真的在??金屬上鉆一個(gè)洞。“

　　通過(guò)在Argonne的APS上使用專門的設(shè)備，研究人員可以觀察當(dāng)激光穿過(guò)金屬粉末床以產(chǎn)生產(chǎn)品層時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

　　他們觀察到的是，在實(shí)際印刷過(guò)程中，通常以低速移動(dòng)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(xiàn)，這種類型的熔化可能會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷。

　　此外，研究表明，當(dāng)達(dá)到足以使金屬沸騰的特定激光功率密度時(shí)形成鍵孔，這揭示了激光焦點(diǎn)在增材制造過(guò)程中的重要性。研究人員說(shuō)，到目前為止，這個(gè)元素很少受到關(guān)注。該團(tuán)隊(duì)在“科學(xué)”雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文。

　　研究人員希望他們的工作能夠激勵(lì)增材制造機(jī)器的制造商為機(jī)器控制提供更大的靈活性，這可能會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品的改進(jìn)，他們說(shuō)。Rollett說(shuō)，更快的金屬3D打印也可能是研究的結(jié)果。

　　“這很重要，因?yàn)?a href="http://www.5224.net.cn/nav/10.html">3D打印一般都很慢，”他說(shuō)。“打印幾英寸高的部件需要幾個(gè)小時(shí)。如果你有能力支付這項(xiàng)技術(shù)，那就沒(méi)關(guān)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(shù)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(shí)間，她喜歡沖浪，旅游，音樂(lè)，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個(gè)村莊。

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