英國科學家運用同步加速器減少激光3D列印缺陷

英國鑽石光源研究機構的研究人員一直致力於推動激光3D列印技術發展的新項目。他們與I12、聯合工程環境處理（JEEP）光束線和中央激光設施的科學家合作，已經建造了一個激光增材製造（LAM）機器，該機器在光束線上運行，使用戶能夠看到過程的核心，揭示LAM期間發生的各種潛在物理現象。

LAM工藝

對於在相對較短的時間內創建具有複雜幾何圖形的3D物體非常有用，它們通過引導激光選擇性地熔化金屬或陶瓷粉末的床層來工作，然後再固化並熔合在一起，以便逐層地形成所需的形狀。

LAM工藝的冷卻速度非常快，並且由於它們不同於傳統的製造工藝，因此很難知道獲得最佳性能的最佳條件是什麼。這種知識的缺乏推遲了LAM在生產像渦輪葉片、能量存儲系統和生物醫學設備等安全關鍵工程結構中的應用。其實有很多正在進行的研究項目，以改善金屬3D列印過程，更準確地了解熔池中發生的一切是最有希望的研究領域為目的。而LAM這項最新的研究是迄今為止最先進的研究之一，因為它利用了鑽石光源設施強大的同步加速器成像系統。

負責該項目的曼徹斯特大學教授Peter Lee稱，「LAM過程非常快，發生在幾毫秒之內，並且要研究我們需要的微秒解析度，這隻能通過同步加速器的光輝才能實現。它使我們能夠跟蹤粉末、熔化和固化回到最終固體形狀的過程。在JEEP上，我們正在研究航空發動機中使用的超級合金，我們需要在那裡生產高能量，高硬度的X射線來觀察它們。」

LAMPR

該團隊開發了一種新型LAM工藝複製器，稱為LAMPR。這使他們能夠在3D列印圖層的過程中對熔體軌跡的形成進行成像和量化。LAMPR被設計為適合束線，並且它模仿商業LAM系統的工作方式，以及對X射線透明的附加窗口，使科學家能夠直接看到LAM過程發生的核心。 LAMPR揭示了LAM工藝中的各種重要機制，包括熔體痕迹的形成和演變、飛濺模式、沉積層中的裸露區（無粉末區）和孔隙率。

（圖片來源：Diamond, Nature Communications）

LAMPR的一個關鍵發現是LAM 3D列印物體中的表面孔隙通常是由孔隙爆裂機制引起的，其中表面孔隙逸入大氣中，留下表面凹陷。這推翻了以前的假設，認為不完全是熔點的責任。該團隊還發現，由表面張力引起的預熔導致金屬蒸汽的釋放和惰性氣體的加熱，惰性氣體是另一種潛在的缺陷來源，形成羽流，從主軌道噴出粉末和熔融液滴。

該團隊利用他們的研究來創建一個流程圖，該流程圖說明了如何調整和優化LAM過程的各種參數，以最小的試驗和錯誤生成更高質量的產品。他們的研究成果在一篇題為「激光增材製造中缺陷和熔池動力學的原位X射線成像」的論文中詳細介紹，該論文發表在Nature Communications雜誌上。

來源：3D列印商情

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！