LLNL研究人員使用X射線成像來減輕金屬3D打印部件的缺陷
魔猴君 行業(yè)資訊 1952天前
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL),SLAC國家加速器實驗室(SLAC)和艾姆斯實驗室的科學(xué)家正在研究X射線成像,以檢查激光粉末床融合過程中的金屬部件。該研究論文是實驗室之間合作的一部分,旨在確定金屬3D打印部件缺陷的原因,并了解如何減輕這些缺陷。
為了實施該項目,LLNL研究員Nick Calta及其團(tuán)隊設(shè)計了一種便攜式診斷機(jī),能夠使用X射線成像探測金屬3D打印過程。該機(jī)器最終幫助研究人員對金屬添加劑制造工藝有了新的見解。 “絕大多數(shù)診斷使用可見光,這些非常有用,但也僅限于分析零件的表面,”Calta解釋說。“如果我們真的要理解這個過程并看到導(dǎo)致瑕疵的原因,我們需要通過這個樣本進(jìn)行探測。這個儀器允許我們這樣做?!?/span>
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員(左起)
實驗室之間的多年合作伙伴關(guān)系由能源部(DOE)的能源效率和可再生能源(EERE)先進(jìn)制造辦公室提供資金。 SLAC和AMES都是DOE實驗室,LLNL也主要由聯(lián)邦機(jī)構(gòu)資助。實驗室之間的合作是美國能源部國家實驗室大創(chuàng)意峰會(BIS)的一個分支。
DOE的BIS是一年一度的活動,旨在培養(yǎng)國家實驗室綜合體的協(xié)作和戰(zhàn)略技術(shù)規(guī)劃。三個實驗室之間建立的合作項目反映了BIS,SLAC貢獻(xiàn)其X射線技術(shù),Ames實驗室提供粉末,金屬和材料科學(xué)方面的專業(yè)知識。 “這是一個非常好的團(tuán)隊,因為每個合作伙伴都會帶來力量,”LLNL材料科學(xué)部S&T副部門主管Tony Van Buuren說?!霸搱F(tuán)隊正在構(gòu)建一種獨特的功能,并提供您無法通過其他任何方式獲得的信息。我們一起引入了診斷技術(shù),融入了科學(xué),并開始研究新材料?!?/span>
大創(chuàng)意峰會 照片來自美國能源部
使用X射線成像識別金屬AM部件中的孔隙
便攜式診斷機(jī)專門設(shè)計用于在激光粉末床熔合過程中觀察和探測熔池。熔池是激光與金屬粉末接觸的區(qū)域,能夠熔合并產(chǎn)生形成3D打印部件的層。由于研究項目的激進(jìn)時間表,它原位組裝,并且證明難以構(gòu)建。為了確保儀器按照研究意圖運行,LLNL團(tuán)隊必須將其運輸?shù)絊LAC。然后安裝了SLAC的“同步加速器”,這是制作高能X射線以研究樣品所必需的。在SLAC的Stanford Synchrotron Radiation Lightsource使用該機(jī)器,研究人員能夠成功地觀察到表面下熔池的動態(tài)變化。它提供了有關(guān)成像和X射線衍射組合的有意義的數(shù)據(jù),這有助于研究人員觀察和了解激光粉末床融合過程中金屬如何凝固,這是部件強(qiáng)度的關(guān)鍵決定因素。
“成功將更多地了解物理學(xué),讓我們修改過程以避免缺陷,到目前為止,我們的結(jié)果很有希望。我們希望繼續(xù)優(yōu)化儀器并將其應(yīng)用于不同的材料系統(tǒng)。我們已經(jīng)擁有了大量基于光學(xué)數(shù)據(jù)的知識,這使我們能夠分支出來并補充這些知識。“
EOS 3D打印機(jī)上激光粉末床熔合(LPBF)添加劑制造工藝的一個例子 通過EOS拍照
LLNL物理學(xué)家Ibo Matthews表示,觀察熔池的層形成過程以及X射線圖像與模擬的比較的能力已經(jīng)證實了先前做出的預(yù)測。這些預(yù)測激光的路徑,熱量積聚和激光產(chǎn)生的氣體羽流會在印刷部分產(chǎn)生缺陷,如毛孔,這會在受到壓力時導(dǎo)致部件開裂。研究人員表示,通過建模和詳細(xì)實驗來編譯缺陷知識可能有助于加速金屬3D打印的改進(jìn)。