science：金属3D打印溅射缺陷新机制

南极熊发现，2020年5月8日，世界著名顶级学术期刊Science上发布了一篇《Controlling interdependent meso-nanosecond dynamics and defect generation in metal 3D printing》，简单可翻译为“控制金属3D打印中相互依赖的中纳秒级动力学和缺陷生成”。对于提高金属3D打印微观质量有巨大的帮助，南极熊希望产业界人士可以认真了解下。

Saad A. Khairallah等在论文中表示，最先进的金属3D打印机有望彻底改变制造业，然而它们还没有达到最佳的运行可靠性。目前的挑战是控制复杂的激光-粉末-熔体池的相互依赖性（相互依赖）动力学。使用高保真模拟，结合同步加速器实验，在中纳秒尺度上捕获了快速多瞬态动力学，并发现了新的飞溅诱导缺陷形成机制，这些缺陷的形成机制取决于扫描策略和激光跟踪和驱逐之间的竞争。得出了稳定熔池动力学和最小化缺陷的标准。这将有助于提高制造可靠性。

激光粉末床熔融快速成型制造（L-PBF AM）技术使用激光束扫描平面上的二维图案，并将其与激光粉末床熔融在一起。微观（~15到100毫米）金属粉末床。这就形成了熔池轨道，与下层熔融。重复数千次的分层过程，其结果为的三维对象的构建。非常有必要了解和控制激光工艺参数与复杂的粉末和熔池动力学之间的相互依赖关系。这是为了帮助解决变异性问题，其中包括打印的零件不重复地满足要求合格标准和认证步骤。

变化性源自于各种缺陷的堆积，如气孔，这些缺陷在粉体层和在每层扫描过程中的熔池。在粉床层的研究中发现了由以下因素驱动的混沌粉末动态熔池洼地的水汽
以每秒数百米的速度。这高水汽通量产生了复杂的气体流，将松散的粉末颗粒夹在周围，形成了复杂的气体流。激光轨道的两侧。这个过程有时会产生大的去皮区，而这些去皮区的面积很大。缺粉，并导致85%的粒子飞溅物以肉眼观察到的火花。X射线成像显示，飞溅粒子可以速度达到约15米/秒，并且它们在各种环境压力下形成。因此，减少飞溅是L-PBF中的一个高度优先事项。生产不含这些缺陷仍然具有挑战性。机械性能的影响是受小的影响。微孔的量，甚至对部分是99%以上的密度。探究熔池是由超高速的熔池完成的X射线技术，但这些技术可能仍然缺乏对人体的影响。所需的空间和时间分辨率，以充分捕捉熔池的超快动态变化。





论文链接
https://science.sciencemag.org/content/368/6491/660.full