激光粉末床熔融增材制造中缩孔率的识别

　　

　　

　　当机械工程博士候选人William Frieden Templeton打算仔细研究激光粉末床熔融(PBF-LB)工艺参数如何影响微观结构时，他从未想到会发现以前在PBF-LB增材制造中被忽视的制造缺陷。

　　缩孔是金属铸件的常见缺陷，是金属从液态向固态转变时形成的。金属在冷却和凝固过程中体积收缩，如果由于液态金属的流动路径被凝固的微观结构阻塞而无法被剩余的液态金属回填，我们就会得到缩孔。

　　Frieden Templeton说:“这些缺陷发生在微观结构的尺度上，如果你没有预料到的话，很难发现它们。”“使用光学显微镜，它们通常看起来像小的抛光划痕。”

　　由于一层一层的PBF-LB打印过程，重熔可以去除这些收缩孔，或者如果它们更接近零件表面，则可以在打印后的加工过程中去除它们，从而使这些缺陷成为不存在的问题。然而，当这些孔形成足够深时，问题就出现了，下一层金属层在重熔时无法将它们去除。

　　机械工程助理教授Sneha Narra Prabha Narra说:“这是第一次有人根据凝固和L-PBF加工基础来解释缩孔率的发生。”

　　“此外，我们还能够将其映射为加工条件的函数，并以易于研究人员和工程师在工艺参数开发过程中解释的形式呈现这些信息。由于这个项目的跨学科和协作性质，这是唯一可能的。”

　　Frieden Templeton当时正在上一门凝固加工课程，授课老师是材料科学与工程教授Chris Pistorius;大约在同一时间，他正在描述这项工作中涉及的样本，这使他能够迅速将他的课程作业和研究联系起来。

　　奈良说:“这是一个恰当的例子，说明当学生们愿意将他们的研究生课程应用到他们正在进行的研究中时，会发生什么。”“这种情况在CMU经常发生。对缺陷形成的机理理解使我们能够提出缓解策略。”

　　近年来，PBF-LB的工艺参数开发取得了重大进展，使该工艺能够始终如一地实现高质量的零件。虽然这项工作的结果可能不会改变先前建立的工艺参数，因为大多数是在低打印温度(约100°C)下创建的。在未来的工作中，制造商需要注意AM中的这一缺陷。

　　Frieden Templeton说:“这将特别影响研究人员和制造商，他们正在努力开发在接近500°C的高温下打印的工艺参数，并打印容易受到局部温度积累影响的复杂几何形状。”

　　“除了我们的研究结果，我想强调的是，研究人员在收集和分析数据时保持开放的心态是多么重要。我们开始这个项目时并没有期望观察到缩孔率，因为它在现有文献中并不经常被提及。”

　　这项研究是与匹兹堡大学的研究人员合作完成的;Albert To, Shawn Hinnebusch和Seth Strayer，他们使用他们的增材制造模拟来设计这些实验并制造样品，作为NASA支持的正在进行的项目的一部分。

　　这项研究发表在《材料学报》杂志上。

　　更多信息:William Frieden Templeton等人，激光粉末床熔融增材制造中缩孔率的机理解释，Acta materials(2023)。DOI: 10.1016/j.a actam .2023.119632期刊信息:Acta Materialia由卡内基梅隆大学机械工程提供引用:在激光粉末床熔融增材制造中发现的收缩孔隙率(2024,2月13日)检索自2024年2月14日https://techxplore.com/news/2024-02-shrinkage-porosity-laser-powder-bed.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。