Исследования, проведенные учеными UCL, раскрывают и объясняют связи между формой зоны понижения давления пара и динамикой разбрызгивания во время LPBF в различных отраслевых условиях обработки.

В работе, опубликованной в Международном журнале экстремального производства, не только количественно оцениваются брызги и взаимодействия брызг с лазером, но и предлагаются стратегии минимизации дефектов, тем самым повышая качество поверхности деталей, изготовленных с помощью LPBF.

Брызги во время LPBF могут привести к появлению дефектов поверхности, влияющих на усталостные характеристики изготовленных деталей.

«Брызги являются одной из основных проблем в промышленных приложениях 3D-печати, поскольку они могут способствовать образованию пор и шероховатости поверхности», — сказал Чу Лун Алекс Леунг, автор-корреспондент статьи и доцент кафедры машиностроения UCL.

«Внедрение LPBF для критически важных с точки зрения безопасности приложений затрудняется проблемой получения металлических компонентов с низким содержанием дефектов и высоким качеством поверхности».

Профессор Питер Д. Ли, также являющийся автором-корреспондентом и профессором машиностроения UCL, подчеркнул: «В настоящее время исследования брызг во время LPBF ограничены, и наша цель — улучшить наше понимание механизмов образования брызг с использованием источников высокоэнергетического синхротронного рентгеновского излучения».

LPBF — это ведущая технология 3D-печати по металлу , которая позволяет производить детали, превосходящие традиционные отливки по уровню дефектов и механическим свойствам при использовании соответствующих параметров процесса.

Однако в настоящее время они не могут достичь уровня качества поверхности и дефектов компонентов, изготовленных из кованых изделий. Уменьшение дефектов (или шероховатости) в областях поверхности должно привести к дальнейшему улучшению усталостных характеристик компонентов LPBF.

Дефекты поверхности часто связаны с образованием брызг во время LPBF. Крупные брызги могут прилипать к поверхности деталей AM, увеличивая как дефекты поверхности , так и шероховатость; они также могут задерживаться в порошковом слое в последующих слоях сборки, что приводит к пористости из-за отсутствия сплавления.

Брызги могут подвергаться окислению, что снижает пригодность к переработке и повторному использованию порошка. Поверхностные оксиды могут препятствовать слиянию частиц и способствовать образованию пористости, уменьшая плотность деталей LPBF. Следовательно, для смягчения этих проблем необходимо более глубокое понимание эволюции брызг.

Эксперименты проводились с использованием изготовленной на заказ машины AM, называемой Quad-laser in situ and operando process replicator (Quad-ISOPR). Quad-ISOPR состоит из четырех лазеров и промышленной системы сканирующей головки в сочетании с изготовленной на заказ камерой для защиты окружающей среды, заполненной защитным газом аргоном.

В камере устанавливается подложка толщиной 1 мм и высотой 15 мм, на которую автоматически наносится тонкий слой порошка.

Используя in situ высокоскоростной синхротронный рентгеновский луч, можно запечатлеть как динамику брызг, так и расплавленную ванну во время LPBF с исключительным пространственным и временным разрешением. Эксперименты in situ проводились на высокоскоростном лучевом канале ID19 Европейского центра синхротронного излучения (ESRF) с использованием полихроматического жесткого рентгеновского луча со средней энергией ∼30 кэВ и высокоскоростной камеры с частотой кадров 40 кГц.

«Наша работа предсказывает количество брызг, образующихся во время LPBF системы сплава Al-Zr-Fe», — сказал первый автор Да Го, постдок школы. «Это предсказание может быть использовано для будущей проверки модели и минимизации брызг».

Исследователи продолжают свои усилия по углублению понимания образования брызг в различных коммерческих материалах в приложениях 3D-печати с целью достижения более высокого качества поверхности деталей LPBF для реального использования. Благодаря этим достижениям они надеются внести значительный вклад в более широкое внедрение LPBF в промышленности, особенно в приложениях, где целостность компонентов имеет решающее значение.