日前，美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的科學(xué)家們朝著解決一直困擾著常見的金屬3D打印技術(shù)的一個(gè)問題邁出了重要的一步。這個(gè)問題是：在激光粉末床熔融進(jìn)程中，什么樣的相互作用有可能導(dǎo)致孔隙率？

在2016年5月20日出版雜志《Acta Materialia》上，LLNL的研究人員Ibo Matthews和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，激光照射金屬粉末造成的氣體流動(dòng)，是導(dǎo)致在打印過程中激光路徑附近的粉末被驅(qū)走的主要驅(qū)動(dòng)力。這一“剝蝕”現(xiàn)象導(dǎo)致了激光在進(jìn)行下一段照射熔融的時(shí)候可用的粉末減少，從而在成品部件中形成了微小的孔隙和缺陷。

“在這個(gè)過程中，你會(huì)得到很接近或達(dá)到沸點(diǎn)的金屬，所以就會(huì)從熔池產(chǎn)生較強(qiáng)的蒸汽流出。”Matthews解釋說：“在這項(xiàng)研究之前，人們并不理解金屬蒸汽的流出會(huì)對(duì)粉末床有什么影響。”

為了仔細(xì)觀察這一在微觀水平中發(fā)生的現(xiàn)象，LLNL的科學(xué)家們從德國亞琛的Fraunhofer研究所獲得了一臺(tái)基于激光的粉末床融合R&D平臺(tái)。使用一臺(tái)定制的顯微鏡裝置、一個(gè)真空室和超高速攝像機(jī)（從LLNL烈性炸藥應(yīng)用中心借來的），他們得以觀察到在激光經(jīng)過時(shí)金屬粉末的噴發(fā)過程。借助計(jì)算機(jī)仿真和流體動(dòng)力學(xué)原理，科學(xué)家們構(gòu)建了能夠重現(xiàn)粒子運(yùn)動(dòng)的模型。

“（Matthews）發(fā)現(xiàn)了在金屬粉末床增材制造過程中出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，在此之前我們對(duì)其一無所知。但是這一現(xiàn)象對(duì)部件的質(zhì)量和生成速度有著重要的影響?！?/span>LLNL增材制造主任Chris Spadaccini說：“但是現(xiàn)在我們知道了，就可以在我們的預(yù)測模型中體現(xiàn)它們，所以現(xiàn)在我們正在將其加入到仿真代碼中。”

Matthews說他們下一步準(zhǔn)備研究孔隙是如何實(shí)時(shí)發(fā)展的，并使用這一新的信息探索如何更好地對(duì)該工藝進(jìn)行診斷和修正，以提高生成質(zhì)量。

“現(xiàn)在我們對(duì)金屬3D打印過程中實(shí)際發(fā)生的現(xiàn)象有了更好的理解，所以我們現(xiàn)在可以更加準(zhǔn)確地模擬這一過程，以獲得更好的制造效果。”Matthews說：“最后，我們希望能夠用該模擬來確認(rèn)我們正在制造的部件沒有缺陷或者缺陷很少。”