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Wissenschaftler finden eine Weise, Bildung von Gasblasen vorauszusagen, die Defekte des Drucken 3D verursachen

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Während des Druckverfahrens 3D wenn Gasabscheider innerhalb der Metallpulver, die die Drucker 3D einziehen, mikroskopische Gasblasen erscheinen könnte. Diese Regionen haben Schweizer Käse ähnliche Strukturen und sind weniger dicht und schwächer als ihre Umgebungen und können zu Sprünge und andere Ausfälle führen.

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Forschungsteams vom Carnegie Mellon University und von der US-Abteilung von das Argonne-nationalem Laboratorium der Energie (DAMHIRSCHKUH) hat diese Gasblasen identifiziert und eine Methodologie geschaffen, um die Bildung der Gasblasen vorauszusagen. Dieses konnten Informationen das Druckverfahren 3D drastisch verbessern. Ihre Forschung wird letzte Woche in der Wissenschaft veröffentlicht.

„Die Forschung in diesem Papier übersetzt in bessere Qualität und bessere Steuerung beim Arbeiten mit den Maschinen,“ sagte Anthony Rollett, einen Professor der Material-Wissenschaft und der Technik am Carnegie Mellon University und einen Autor auf dem Papier. „Damit additive Herstellung wirklich sich entfernt für die Mehrheit einer Firmen, müssen wir die Übereinstimmung der Endprodukte verbessern. Diese Forschung ist ein bedeutender Schritt in dieser Richtung.“

Die Wissenschaftler benutzten die extrem hellen, energiereichen Röntgenstrahlen an Argonnes moderner Photon-Quelle (APS), ein DAMHIRSCHKUH Büro des Wissenschafts-Leistungsmerkmals, um superschnelles Video und Bilder eines Prozesses zu nehmen, der Laser-Energie-Bett-Fusion (LPBF) genannt wurde, in der Laser benutzt werden, um materielles Pulver zusammen zu schmelzen und zu fixieren.

Die Laser, die über jeder Schicht Pulver scannen, um Metall bei Bedarf zu fixieren, das Endprodukt buchstäblich von Grund auf schaffen. Wenn kleine Gasblasen in diese Schichten eingeschlossen werden, können sich Defekte bilden. Die Defekte können Unvollkommenheiten verursachen, die zu Sprünge oder andere Zusammenbrüche im Endprodukt führen konnten.

Bis jetzt wussten Hersteller nicht viel über, wie die Laser-Bohrgeräte in das Metall, die Hohlräume herstellend genannt „Dampfkrisen.“ Jedoch nahmen sie an, dass die Störung in der Art des Metallpulvers oder in der Stärke von Laser liegt. Infolgedessen haben Hersteller eine Versuchs- und Fehlerannäherung mit verschiedenen Arten von Metallen und von Lasern verwendet, um zu suchen, die Defekte zu verringern.

Tatsächlich zeigt die Forschung, dass diese Dampfkrisen unter fast allen Bedingungen im Prozess, in keiner Angelegenheit der Laser oder im Metall existieren. Sogar wichtig, zeigt die Forschung, wie man voraussagt, wann eine kleine Krise in ein großes und instabiles wächst, das einen Defekt möglicherweise schaffen kann.

„Wir zeichnen zurück den Schleier und aufdeckend, was wirklich weitergeht,“ sagte Rollett. „Die meisten Leute denken Sie, ein Laserlicht auf der Oberfläche eines Metallpulvers zu glänzen, wird das Licht durch das Material absorbiert, und es schmilzt das Metall in ein Schmelzpool. In Wirklichkeit bohren Sie wirklich ein Loch in das Metall. “, indem sie eine der stärksten Synchrotonanlagen in der Welt an Argonnes APS verwendeten, beobachteten die Forscher, Forscher aufpassten, was als die Laser-Bewegungen über dem Metallpulverbett, jede Schicht des Produktes zu schaffen geschieht.

Die Schmelzpoolform, unter perfekten Bedingungen, ist flach und halbkreisförmig, genannt den „Leitungsmodus.“ Aber während des tatsächlichen Druckverfahrens, kann der starke Laser, häufig bewegend an einer niedrigen Geschwindigkeit, die Schmelzpoolform zu etwas wie einem Schlüsselloch in einem eingewiesenen Verschluss ändern: rund und groß auf die Oberseite, mit einer schmalen Spitze unten. Solcher „schmelzende Schlüssellochmodus“ kann zu Defekte im Endprodukt möglicherweise führen.

„Basiert auf dieser Forschung, wissen wir jetzt, dass das Schlüssellochphänomen wichtiger ist, in vielerlei Hinsicht als das Pulver, das in der additiven Herstellung verwendet wird,“ sagte Ross Cunningham, einen neuen Absolvent vom Carnegie Mellon University und einen der mit-ersten Autoren dieses Papiers. „Unsere Forschung zeigt, dass Sie die Faktoren voraussagen können, die zu ein Schlüsselloch führen — welchem Durchschnitte Sie jene Faktoren für bessere Ergebnisse auch lokalisieren können.“

Die Forschung zeigt, dass Schlüssellöcher sich bilden, wenn eine bestimmte Laser-Energiedichte erreicht wird, die genügend ist, das Metall zu kochen. Dieses deckt der Reihe nach die kritische Bedeutung des Laser-Fokus im additiven Herstellungsverfahren, ein Element, das dürftige Aufmerksamkeit bis jetzt erhalten hat, nach Ansicht des Forschungsteams auf.

„Das Schlüssellochphänomen war in der Lage, mit solchen Details wegen der fachkundigen Fähigkeit zum ersten Mal angesehen zu werden, die bei Argonne entwickelt wurde,“ sagte Tao Sun, einen Argonne-Physiker und einen Autor auf dem Papier. „Selbstverständlich, ist der intensive energiereiche Röntgenstrahlstrahl an den APS der Schlüssel.“

Das Forschungsteam glaubt, dass diese Forschung Hersteller von additiven Produktionsmaschinen motivieren könnte, um mehr Flexibilität anzubieten, als, die Maschinen steuernd und dass der verbesserte Gebrauch der Maschinen zu eine bedeutende Verbesserung im Endprodukt führen könnte.

„Es ist wichtiges, weil 3D, das im allgemeinen druckt, ziemlich langsam ist,“ Rollett sagte. „Es dauert Stunden, um ein Teil zu drucken, das einige Zoll hoch ist. Das ist OKAY, wenn Sie dir leisten können, für die Technik zu zahlen, aber wir müssen besser tun.“