3D打印不必再受气穴影响了

来源：3D打印世界

3D打印过程中，如果有气体进入金属粉末，就会出现微小的气穴。产生气穴的区域呈奶酪状结构，与周围其他区域想比，密度较小，因而容易断裂或出现其他问题。据悉，卡内基梅隆学校的科研团队与美国能源部门阿贡国家实验室日前确认了这些气穴的形成原理，并研发了一种预测气穴产生的方法。刊登在《科学》杂志上的这一研究可能会极大地改观3D打印过程。

科学家采用阿贡实验室的高级光子源——极其明亮的高能量X光线快速拍摄激光粉末床融合(LPBF)的视频及图片，记录利用激光将粉末融合到一起的过程。当利用激光层层扫描粉末将其熔化时，成品慢慢出现。但是若过程中产生微小气穴，则会产生瑕疵。这些瑕疵会导致最后的成品出现断裂或其他质量问题。

至今，制造商们都不是很了解激光是如何进入金属并产生“蒸汽压缩”的。他们认为出现气穴的原因跟金属粉末的类型或激光强度有关。于是，制造商们一直采用错误的方法实验各种不同金属和激光希望以此来降低次品率。

“大部分人认为激光照在金属粉末表面，会被金属吸收，然后激光熔化金属形成一个金属液池。但实际上，激光像钻孔一样进入了金属粉末内部。”研究人员介绍道。

通过阿贡实验室强大的同步回旋设备，研究人员观察到了在逐层打印时激光在金属粉末床的运动轨迹。融熔后的金属粉末的形状在完美情况下是浅浅的半圆形，但在实际的打印过程中，高能量激光在较慢的移动过程中会将熔化粉末的形状改变成印在模具中的钥匙孔：上端较圆较大，底下是较窄的穗状。这种“钥匙孔”模型极有可能会导致最后的产品出现瑕疵。

“基于这一研究，我们知道了钥匙孔模型比增材制造使用的金属粉末更重要。 研究显示我们可以预测产生钥匙孔的因素，只要隔绝这些因素就可以避免出现钥匙孔带来的瑕疵风险了。”研究人员称。

研究发现，当激光的能量达到一定强度足以令金属粉末沸腾时，钥匙孔形状就形成了。这反过来也表明，激光调焦在增材制造过程中的特殊重要性。

“多亏了阿贡实验室的科研设备能力，才有机会第一次观察到钥匙孔现象如此具体的细节。这当然离不开实验室的高强度高能量激光。”研究人员表示。

来源：3D打印世界