Исследована динамика движения порошка, участвующего в процессе 3D-печати. Также определены способы потенциального уменьшения разбрызгивания порошка, а соответственно, и количества дефектов в изготавливаемой детали.
В аддитивном производстве используются лазеры для нагрева металлических, пластмассовых и керамических порошков. Эти нагретые порошки затем распределяются в очень тонких слоях, по одному слою за раз, в сборную пластину, что приводит к изготовлению готовых изделий на заказ. Этот процесс называется «лазерное спекание порошков» (laser powder bed fusion, LPBF).
Разработчики использовали эту технологию для создания компонентов для самолетов, автомобилей и даже медицинских имплантатов, таких как искусственные челюсти. Инженеры используют титан и другие металлические сплавы для повышения эффективности производства, снижения стоимости продукции и упрощения цепей поставок. Существует никаких ограничений на возможные виды использования, в зависимости от видения дизайнеров.
Однако этот процесс остается проблемным. Интенсивные лазеры, нагревающие порошки, часто вызывают разбрызгивание и распыление порошков, что приводит к дефектам продуктов или проблемам при контроле качества. Кроме того, когда инженеры хотят повторно использовать оставшийся порошок, то разбрызгиваемый порошок имеет тенденцию загрязнять остальное.
Явление трудно измерить обычными инструментами. Также он не может быть хорошо предсказан путем моделирования или моделирования, и поэтому детальная динамика разбрызгивания порошка еще не полностью понята.
Как ведет себя порошок, участвующий в трехмерной печати.
Используя чрезвычайно яркие рентгеновские лучи, команда смогла наблюдать динамику движения этого порошка, измеряя его скорость и ускорение. Из этих экспериментов команда создала диаграмму, иллюстрирующую динамику, и предоставила возможные способы уменьшения разбрызгивания.
Улавливая 50 000 кадров в секунду, исследователи смогли исследовать и количественно оценить динамику движения порошка в зависимости от времени, давления окружающей среды и местоположения в широком диапазоне температур - от 80 до более 4,940 градусов по Фаренгейту, которые происходят в LPBF. Команда также наблюдала движущую силу движения, вызванную паром пара нагретого металла и результирующим потоком газа аргона.
Исследовательская группа определила три способа потенциального уменьшения разбрызгивания порошка: предварительное нагревание для подготовки к сжатию порошков с помощью температуры или давления - при относительно более низкой температуре перед началом процесса основного спекания (прессования или формования); уменьшение толщины слоя порошка; и регулирование давления на порошковом слое для контроля разбрызгивания.
Команда обнаружила доказательства того, что поры, вызванные брызгами, вызвали дефекты в образце, созданном с более толстым слоем порошка, в то время как такие дефекты редко встречались в образце с более тонким слоем.
«Это исследование полезно для трехмерной печати, чтобы создавать детали с меньшим количеством дефектов», - сказали исследователи.
Аэрокосмическая и оборонная промышленность особенно заинтересованы в поиске решений проблемы.
Источник: Qilin Guo et al. Transient dynamics of powder spattering in laser powder bed fusion additive manufacturing process revealed by in-situ high-speed high-energy x-ray imaging, Acta Materialia (2018). DOI: 10.1016/j.actamat.2018.03.036