创想三维：英国研究人员在激光粉末床融合中研究粒子动力学

2019-03-02 08:41

在激光粉末床融合中的流体和粒子动力学中，研究人员通过检查激光床和粉床相互作用，创建了单线和岛扫描期间去除粉末区域的图像。

研究让科学家们对PBF过程有了进一步的了解，很明显它比以前认识到的更具动态性，并且包括功率和附聚物之间的大量运动（由激光诱导的金属蒸汽和熔池上方的等离子体驱动）。在粉末床内和上方。以前，图像是通过雷尼绍AM250 3D打印机记录的，但激光和粉末颗粒无法分辨。然而，其他图像序列用于发现粉末区域过热，然后是缺陷。

开放式架构PBF系统的示意图，其中包括对高速成像和纹影成像的修改。科学家们使用开放式结构PBF系统进行现场测量，提供完全密集组件的自动构建。电脑提供了构建板在层之间的垂直移动、硅绳粉末涂布机的运动、激光照射和扫描和灵活性可用于激光功率和速度。

该系统提供高分辨率成像以及在粉末床中和使用多层构建期间熔化单个轨道的能力。

研究人员说：“对有机玻璃屏蔽室的顶面和端面进行了微小的修改，以便将观察窗纳入其中。对于粉末床的顶视图，添加了由红外吸收KG玻璃制成的直径50毫米的窗户。”

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使用激光功率扫描单个轨道（从左到右扫描方向）时的侧视图和俯视图的高速图像，扫描速度为（a）和（b）50 W和0．1 m ／ s；（c）和（d）100W和0．5m ／ s以及（e）和（f）200W和1m ／ s。插图是熔池形状的示意图，其决定了激光羽流方向。所有数字的视频都包含在补充材料中。

该团队将摄像机插入倾斜台，改变了粉床区域，这意味着可以扫描和成像几个区域。然后他们在PBF热效应期间模仿气体和等离子体动力学前进。对于热力学，使用能量平衡来解释从导电到对流辐射的所有类型的热传递。

温度升高会在扫描岛形成等离子体密度和粉末团聚体。凝聚物也会受到激光羽流引起的流动的影响，它们可以被拉回到熔化的轨道中，可能会增加产生孔隙的可能性，或者喷射到大气中，如果它们与激光充分相互作用则产生大的熔化珠子梁，热气体或两者的结合。

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（上）计算50，100和200 W激光功率的温度场。（底部）快速激光羽流的计算速度表面图，箭头表示它引起的较慢的大气气流。

激光羽流首次从熔池中向前运动，其他研究已经对这种情况进行了评论，因为液滴脱离。该团队还认为，前进动议是针对PBF的。

综合结果表明，惰性气体和激光羽流是造成热量，质量和动量传递的组成部分。科学家们总结道：“它们在数值模型中对该过程的优化至关重要，它们可以识别导致减少剥蚀的参数集，对交叉流动下观察羽流和颗粒均匀提取至关重要，其具有足够的动量以防止床被喷射的颗粒污染。在工艺规划过程中考虑水动力现象可以提高整体建造质量，并限制喷射的蒸汽和颗粒的不利影响。”