Controllo della dinamica interdipendente in meso-nanosecondi e generazione di difetti nella stampa 3D in metallo

I RICERCATORI SONO RIUSCITI A RIDURRE I DIFETTI INDOTTI DA SCHIZZI NELLE PARTI METALLICHE STAMPATE IN 3D

Un team di ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha scoperto un modo per ridurre i difetti nelle parti metalliche stampate in 3D tramite LPBF. Controllando attentamente lo “spruzzo” di materiale non autorizzato lanciato fuori dalla pista di fusione in polvere, gli scienziati sono stati in grado di ridurre significativamente l’interazione di polvere libera con materiale appena fuso, aumentando la qualità di ogni strato di metallo.

Difetti nel metallo stampato in 3D

Allo stato attuale, manca la comprensione dei processi che si verificano tra gli strati durante la stampa 3D in metallo. Un laser ad alta potenza riscalda e scioglie la polvere fino a quando non viene fusa, strato per strato, in una solida forma 3D ma specifiche come l’assorbimento di energia negli strati (che tendono ad avere solo una dozzina di micron di spessore) è ancora ampiamente capita male . Le parti stampate in metallo 3D spesso contengono numerosi difetti che si verificano durante il processo di fusione, con conseguenti minori resistenze meccaniche e mancanza di fiducia nelle applicazioni critiche.

Con l’obiettivo di comprendere meglio le complessità della stampa 3D in metallo su scala interstrato, i ricercatori hanno avviato una serie di esperimenti di sincrotrone a raggi X e hanno sviluppato un modello predittivo multi-fisico per l’acciaio inossidabile. Dopo aver esaminato le loro simulazioni e imaging ad alta fedeltà, i ricercatori hanno scoperto una nuova formazione di difetti causata da spruzzi di polvere. Questo semplice spruzzo sembra solo scintille o fumo ad occhio nudo, ma se si fa strada sulla superficie di uno strato caldo e appena fuso, può parzialmente sciogliersi e aderire al resto della parte.

I ricercatori hanno concluso che l’interazione del laser con gli spruzzi stava causando fluttuazioni nella profondità del pool di fusione. Di conseguenza, alcune aree della pista non sono state completamente fuse e si sono formati dei difetti. Inoltre, in alcuni casi lo spruzzo si spezzerebbe in più parti e si tradurrebbe in numerosi siti di difetto.

Per combattere questo, il team ha modellato una mappa del regime caotico di espulsione delle polveri in base alla potenza del laser, consentendo loro di sperimentare la potenza per determinare i suoi effetti sulla formazione di difetti. Hanno trovato una relazione lineare diretta tra potenza e dimensioni del pool di fusione. L’aumento della potenza del laser da 92 W a 365 W ha approfondito il pool di fusione e ha aumentato la sua larghezza da 63 micron a 73 micron. Ciò ha comportato meno riflessi dei raggi e una riduzione degli schizzi di polvere. I risultati hanno permesso ai ricercatori di derivare criteri per stabilizzare la dinamica del pool di fusione e, a sua volta, ridurre al minimo i difetti indotti da schizzi.

Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Controllo della dinamica interdipendente meso-nanosecondi e generazione di difetti nella stampa 3D in metallo “. È co-autore di Saad A. Khairallah, Aiden A. Martin, Jonathan RI Lee, Gabe Guss, Nicholas P. Calta, Joshua A. Hammons, Michael H. Nielsen, Kevin Chaput, Edwin Schwalbach, Megna N. Shah, Michael G. Chapman, Trevor M. Willey, Alexander M. Rubenchik, Andrew T. Anderson, Y. Morris Wang, Manyalibo J. Matthews e Wayne E. King.

I ricercatori di AM hanno inseguito parti metalliche prive di pori da quando esiste la stampa 3D in metallo. All’inizio di aprile, gli ingegneri di Texas A&M hanno sviluppato una serie di linee guida e parametri che consentono la produzione additiva di una martensite a bassa lega (AF9628) in parti prive di difetti senza sacrificare la libertà geometrica. La martensite che hanno stampato in 3D ha avuto la più alta resistenza a trazione di qualsiasi lega stampata in 3D fino ad oggi. All’altra estremità dello spettro, i ricercatori giapponesi hanno strutture solide stampate in 3D fatte di strutture metallo-organiche, un gruppo di materiali utili per l’adsorbimento dei gas a causa della loro elevata porosità.

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