Dinamica della formazione dei pori durante la produzione di additivi per fusione con letto a polvere laser

Ricercatori statunitensi studiano i modi per eliminare la formazione dei pori nella stampa 3D a letto di polvere laser

In ” Dinamica della formazione dei pori durante la produzione di additivi per fusione con letto a polvere laser “, i ricercatori statunitensi continuano a migliorare la stampa 3D, esplorando come impedire la formazione di pori durante la fusione del letto a polvere laser. Poiché LPBF continua a diventare più popolare nei processi di produzione additiva di metallo, gli utenti cercano una qualità migliore e meno mal di testa nella produzione, ispirando il team di ricerca a migliorare la qualità geometrica delle tracce di fusione e della produzione complessiva.
Come nel caso di molti diversi tipi di stampa 3D, LPBF è una tecnologia potente che è rimasta ancora molto inesplorata nell’industria a causa della trepidazione sulla qualità delle parti e, in particolare, dell’integrità delle proprietà meccaniche. L’imprevedibilità sia nella storia termica che nella solidificazione del materiale hanno lasciato il posto a dubbi e preoccupazioni su potenziali difetti e conseguente instabilità.

I pori della buca della serratura sono stati un problema comune, causato dall’energia superflua nel pool di fusione. I pori degradano le proprietà meccaniche e possono avere un impatto negativo sulle parti create durante il processo LPBF. I problemi legati alla temperatura sono stati uno dei temi principali dello studio.

“Per migliorare la fiducia nei componenti costruiti da LPBF, è necessaria una maggiore comprensione dell’interazione laser-metallo in questo estremo regime termico e la sua correlazione con la generazione di difetti durante il processo LPBF”, affermano i ricercatori.

Il team ha preso le radiografie per esaminare ulteriormente il processo di stampa, cercando di ottenere un posto in prima fila per osservare la formazione dei pori. I test con una lega di titanio hanno mostrato la formazione di pori nei punti di svolta laser, consentendo al team di iniziare a formulare una soluzione per ridurre i difetti nelle parti e aumentare la credibilità di LPBF come tecnologia, con l’imaging a raggi X che rappresenta un nuovo modo efficace per esplorare problemi durante LPBF.

Dato che il punto di svolta è l’obiettivo principale, i ricercatori hanno notato che aumenta a causa della potenza del laser, indipendentemente dalla velocità di scansione in regime stazionario. Hanno anche scoperto che i pori si formano sempre entro 200 μm del punto di svolta. I pori si chiudono al punto di svolta erano anche i più profondi.

“L’ispezione di una serie temporale di immagini a raggi X catturata in ciascuna rispettiva condizione di elaborazione rivela che i pori si formano molto velocemente su scale temporali paragonabili alla frequenza di campionamento della nostra misura (50 μs).”

Nell’esplorare ulteriormente la profondità della depressione, i ricercatori hanno scoperto che la più alta quantità di depressione di vapore dopo il passaggio avveniva a causa dell’accumulo di calore. Questo era il risultato del “lungo tempo di sosta” del laser quasi stazionario.

“Quando la depressione supera una profondità dell’ordine di 100 μm, viene inserito il regime profondo del buco della serratura e si realizza un notevole aumento dell’assorbimento della potenza del laser a causa delle molteplici interazioni tra il pool di fusione e il laser riflesso”, hanno affermato i ricercatori.

Quando le temperature superficiali sono più basse, la tensione del pool di fusione aumenta, provocando il completo collasso della depressione, con i pori intrappolati quando il materiale si solidifica rapidamente. Quando la scansione laser è massimizzata, i pori vengono creati con la depressione di vapore che passa in un regime di buco della serratura profondo. Mentre le pareti collassano rapidamente, si formano pori. I ricercatori sollevano la questione di spegnere il laser al punto di svolta, ma hanno deciso che non era fattibile a causa di studi precedenti in cui tale azione si concludeva con la formazione di pori.

La strategia di mitigazione dei pori del ricercatore è stata utilizzata per impedire ai pori di formarsi nel punto di svolta “rimuovendo la rapida variazione nella profondità della depressione inerente al caso assoluto”. Ciò ha anche perfezionato la tolleranza geometrica delle tracce eliminando i problemi di ascolto.

“Strategie concettualmente simili dovrebbero essere applicabili a qualsiasi brusco punto laser on / off durante LPBF. La strategia di mitigazione di successo presentata qui illustra il potenziale delle misurazioni dei raggi X in situ e la modellazione ad alta fedeltà per il miglioramento dei processi di guida e apre la strada per aumentare la qualità dei componenti costruiti con LPBF “, hanno concluso i ricercatori.

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