30 nov. 2020
2 minuten
Laserpoederbedfusie is een 3D-print-technologie die zijn potentieel nog moet bereiken. Het probleem waarmee de industrie wordt geconfronteerd, is dat er soms kleine belletjes of poriën worden gevormd tijdens het printproces. Dit worden zwakke plekken in de afgewerkte producten. Onderzoek door Carnegie Mellon University laat zien hoe de poriën worden gevormd en biedt handvatten om dit probleem te voorkomen.
Wanneer een langzame, krachtige laser metaalpoeder smelt, kan een sleutelgatvormige holte in de smeltpoel ontstaan. Aan de onderkant van het sleutelgat vormen zich poriën, dat wil zeggen defecten. Het onderzoek laat zien hoe deze poriën worden gegenereerd en hoe het defecten worden die vastzitten in stollend metaal.
Het onderzoeksteam gebruikte heldere, hoogenergetische röntgenbeelden om de instabiliteit van het ‘sleutelgat’ te bekijken. Poriën vormen zich tijdens fluctuaties in de vorming van het sleutelgat: de sleutelgatpunt verandert in een J -vorm en knijpt af. Dit onstabiele gedrag genereert akoestische golven in het vloeibare metaal die de poriën wegdrijven van het sleutelgat, waarbij ze vast te komen zitten in het opnieuw stollende metaal.
"Als je een diep sleutelgat hebt, oscilleren de wanden sterk. Af en toe zijn de trillingen onderin het sleutelgat sterk genoeg om af te knijpen, waardoor er een grote bel achterblijft. Soms maakt deze bel nooit meer verbinding met het hoofdsleutelgat. Het stort in en genereert een akoestische schokgolf. Dit duwt de resterende poriën weg van het sleutelgat ", zegt co-auteur Anthony Rollett .
De sleutelgaten zelf zijn geen gebreken en verhogen zelfs de efficiëntie van de laser. Met behulp van synchrotron-röntgenapparatuur zagen de onderzoekers dat er een goed gedefinieerde grens is tussen stabiele en onstabiele sleutelgaten. "Zolang je buiten de gevarenzone blijft (dat wil zeggen: warm, of te langzaam printen), is het risico om defecten achter te laten vrij klein." Fluctuaties in de diepte van het sleutelgat nemen echter sterk toe met afnemende scansnelheid en laservermogen aan de onstabiele kant van de grens. "Je kunt de grens zien als een snelheidslimiet, maar het is het tegenovergestelde van autorijden. In dit geval wordt het gevaarlijker naarmate je langzamer rijdt. Als je onder de maximumsnelheid zit, genereer je vrijwel zeker een defect."