一组来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)发现了一种通过LPBF 3D打印金属零件缺陷的方法。通过小心控制偏离粉末熔体轨道的“飞溅”，科学家们能够显著减少松散的粉末与新熔体材料的相互作用，提高每个金属层的质量。
3D打印金属的缺陷
就目前而言，人们对金属3D打印过程中发生的层与层之间的过程缺乏了解。高功率激光加热并融化粉末，直到将其逐层熔合成一个坚实的3D形状，但像层(往往只有几十微米厚)中能量的吸收等细节仍然知之甚少。金属3D打印零件通常包含大量的缺陷，发生在熔化过程中，导致较低的机械强度和缺乏信心的关键应用。
控制粉末飞溅
为了更好地理解层间尺度上金属3D打印的复杂性，研究人员建立了一系列x射线同步加速器实验，并为不锈钢开发了一个预测的多物理模型。在回顾他们的高保真模拟和成像后，研究人员发现了一种由粉末飞溅引起的新缺陷。这种简单的飞溅在肉眼看来就像火花或烟雾，但如果它进入一个热的、新熔合的层的表面，它可以部分融化并粘在其他部分上。
研究人员得出结论，激光与溅射的相互作用导致了熔池深度的波动。结果，轨道的一些区域没有完全熔合，形成了缺陷。在这之上，在某些情况下，飞溅实际上会分解成多个部分，并导致许多缺陷的位置。
为了解决这个问题，该团队基于激光的功率建立了一个混乱的粉末排出机制的模型——允许他们用功率来实验，以确定其对缺陷形成的影响。他们发现能量和熔池尺寸之间存在直接的线性关系。将激光功率从92W增加到365W，熔池的宽度从63微米增加到73微米。这导致更少的射线反射和减少粉末飞溅。这一结果使得研究人员能够获得稳定熔池动力学的标准，进而减少飞溅引起的缺陷。
该研究的更多细节可以在题为“金属3D打印中相互依赖的介纳秒动力学和缺陷产生的控制”。它是由萨阿德·a . Khairallah艾登·马丁,乔纳森·r . i .李加布连,尼古拉斯·p·Calta约书亚·a·哈莫斯迈克尔·h·尼尔森,凯文•Chaput Edwin Schwalbach Megna n .国王迈克尔·g·查普曼特雷弗·m·开松机,亚历山大·m·Rubenchik安德鲁·t·安德森y莫里斯Wang Manyalibo j·马修斯,韦恩·e·王。
自从金属3D打印存在以来，AM的研究人员就一直在追逐无孔金属零件。4月早些时候,德州农工大学工程师们制定了一套指导方针和参数，允许添加制造低合金雷电竞充值将马氏体(AF9628)加工成无缺陷零件而不牺牲几何自由。他们3D打印的马氏体具有迄今为止所有3D打印合金中最高的抗拉强度。在光谱的另一端，来自日本的研究人员有3D打印固体结构的金属有机框架-一组材料，由于其高孔隙率，在气体吸附中有用。
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特征图像为激光粉末能量吸收分析。图片来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室。
