科学家发现在金属3D打印中出现孔隙的原因
日前，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家们朝着解决一直困扰着常见的金属3D打印技术的一个问题迈出了重要的一步。这个问题是：在激光粉末床熔融进程中，什么样的相互作用有可能导致孔隙率？
在2016年5月20日出版杂志《Acta Materialia》上，LLNL的研究人员Ibo Matthews和他的团队发现，激光照射金属粉末造成的气体流动，是导致在打印过程中激光路径附近的粉末被驱走的主要驱动力。这一“剥蚀”现象导致了激光在进行下一段照射熔融的时候可用的粉末减少，从而在成品部件中形成了微小的孔隙和缺陷。
“在这个过程中，你会得到很接近或达到沸点的金属，所以就会从熔池产生较强的蒸汽流出。”Matthews解释说：“在这项研究之前，人们并不理解金属蒸汽的流出会对粉末床有什么影响。”
为了仔细观察这一在微观水平中发生的现象，LLNL的科学家们从德国亚琛的Fraunhofer研究所获得了一台基于激光的粉末床融合R&D平台。使用一台定制的显微镜装置、一个真空室和超高速摄像机（从LLNL烈性炸药应用中心借来的），他们得以观察到在激光经过时金属粉末的喷发过程。借助计算机仿真和流体动力学原理，科学家们构建了能够重现粒子运动的模型。
“（Matthews）发现了在金属粉末床增材制造过程中出现的一种现象，在此之前我们对其一无所知。但是这一现象对部件的质量和生成速度有着重要的影响。”LLNL增材制造主任Chris Spadaccini说：“但是现在我们知道了，就可以在我们的预测模型中体现它们，所以现在我们正在将其加入到仿真代码中。”
Matthews说他们下一步准备研究孔隙是如何实时发展的，并使用这一新的信息探索如何更好地对该工艺进行诊断和修正，以提高生成质量。
“现在我们对金属3D打印过程中实际发生的现象有了更好的理解，所以我们现在可以更加准确地模拟这一过程，以获得更好的制造效果。”Matthews说：“最后，我们希望能够用该模拟来确认我们正在制造的部件没有缺陷或者缺陷很少。”
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