增材制造带来行业革命的承诺受到了一个普遍问题的制约:最终产品中存在微小的气隙，这可能会导致裂缝和其他故障。
今天发表的新研究科学，由Carnegie Mellon University和Argonne National实验室的研究人员领导，已经确定了这些气体口袋的形式以及预测其形成的方法 - 一种可以大大改善3D打印过程的关键发现。
“本文的研究将转化为更好的质量控制和更好地控制与机器合作，”Carnegie Mellon University材料科学与工程教授Anthony Rlortett说，并在论文中的作者。“对于添加到大多数公司来说，对于大多数公司来说，我们需要提高成品的一致性。这项研究是朝着这种方向的重大步骤。“
科学家们利用位于美国能源部科学用户设施办公室的阿冈高级光子源(APS)中极其明亮的高能x射线，拍摄了一个名为激光动力床聚变(LPBF)的过程的超高速视频和图像，在这个过程中，激光被用来熔化和熔合材料粉末。
激光扫描每一层粉末，在需要熔化的地方熔化金属，从地面开始制造成品。当气体被困在这些层中时，缺陷就会形成，导致最终产品出现裂缝或其他故障。
直到现在，制造商和研究人员还不太清楚激光是如何钻入金属中，产生被称为“蒸汽压”的空腔的，但他们认为这是金属粉末的类型或激光的强度造成的。因此，制造商一直在对不同类型的金属和激光器采用试错法，以寻求减少缺陷。
事实上，该研究表明，无论激光器还是金属，这些蒸汽凹陷都存在几乎所有条件。更重要的是，研究表明，如何预测小抑郁症将成长为一个有可能创造缺陷的大而不稳定的抑郁症。
“我们正在掩盖面纱，揭示了真正发生的事情，”洛雷特也是Carnegie Mellon的NextManufactupect中心的联合主任。“大多数人认为你在金属粉末表面上闪耀着激光，光被材料吸收，并将金属熔化成熔融池。实际上，你真的钻了一个洞进入金属。“
通过在阿贡的APS(世界上最强大的同步加速器设施之一)使用高度专业化的设备，研究人员观察了当激光在金属粉末床上移动时产生的每一层产品。
在完美的条件下，熔池形状浅且半圆形，称为“导通模式”。但在实际印刷过程中，高功率激光器，通常以低速移动，可以将熔池形状变为像挡锁中的钥匙孔：圆形和底部，底部狭窄。这种“钥匙孔模式”熔化可能导致最终产品中的缺陷。
“基于这项研究，我们现在知道钥匙孔现象在许多方面比添加剂制造中使用的粉末更重要，”Carnegie Mellon University最近毕业的罗斯·坎宁安和一名第一作者之一本文。“我们的研究表明，您可以预测导致钥匙孔的因素 - 这意味着您还可以将这些因素隔离以获得更好的结果。”
该研究表明，当达到某种激光功率密度足以煮沸金属时，keyheles形式。反过来，这揭示了激光重点在添加剂制造过程中的关键重要性，这是研究团队的迄今为止已经接受了很少的重点的元素。
“锁眼现象能够第一次以这样的细节被观察到，是因为在阿贡开发的规模和专业能力，”该论文的作者之一、阿贡物理学家孙涛说。“APS的高能x射线束是此类发现的关键。”
支持增材制造研究的实验平台包括激光设备、专用探测器和专用波束仪。
2016年，Argonne团队与他们的研究合作伙伴一起捕获了MICROMS和微秒秤的激光添加剂制造的首次X射线视频。这项研究提高了对抗的兴趣，Argonne的APS可能会对制造技术和挑战进行挑战。
“我们真的在学习一个非常基本的科学问题，这是金属与高功率激光加热时会发生的事情，”迦腾邮政编码和本文的另一个联合作者“。“由于我们独特的实验能力，我们能够与我们的合作者合作，对制造商非常有价值的实验。”
该研究团队认为，这项研究可以激励增材制造机器的制造商在控制机器时提供更多的灵活性，机器使用的改善可能导致最终产品的显著改善。此外，如果这些见解付诸实施，3D打印的过程可能会更快。
“这很重要，因为3D打印一般是相当缓慢的，”Rollett说。“打印一个几英寸高的部件需要几个小时。如果你能支付得起技术费用，那没关系，但我们需要做得更好。”
提交：3D打印•添加剂制造•立体光刻那产品设计
