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研究人员确定了打印3D高密度金属零件的最佳参数

总部位于美国加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员已经开发出一种新的更有效的方法来解决通过选择性激光熔化(SLM)的增材制造中的挑战性问题,即选择合适的工艺参数具有所需特性的部件。

SLM是一种基于粉末的添加剂制造工艺,其中使用高能激光束逐层生成3D部件以熔化金属粉末颗粒。一些SLM应用需要非常致密的部件,孔隙率小于1%,因为孔隙或空隙是材料中最薄弱的部分,并且很可能导致失效。

然而,根据特定标准和性能规范构建功能部件和组件可能具有挑战性,因为必须适当地设置大量参数。一些关键参数包括激光功率,激光速度,激光扫描线之间的距离,扫描策略和粉末层厚度。因此,需要一种可靠且成本有效的方法来确定正确的参数,以开发具有诸如高密度的所需特性的部件。

LLNL研究人员开发了一种基于简单模拟和实验的有效方法,以确定打印3D高密度金属零件的最佳参数。他们的工作名为“使用激光粉末床融合,功率高达400W的附加制造的316L SS部件的密度”,最近发表在国际先进制造技术杂志上。

本文解释了如何通过使用简单的计算模拟来探索过程参数空间来选择高功率SLM机器的参数。这些模拟用于计算熔池的尺寸,熔池是激光熔化金属粉末颗粒时形成的液体池。

“我们对模拟输出进行挖掘,以确定重要的SLM参数及其值,使得产生的熔池足够深,可以将粉末融化到下面的基质中,”LLNL研究员Chandrika Kamath表示,他是该文章的第一作者。 。“通过使用模拟来指导少量单轨实验,我们可以快速得出可能导致高密度部件的参数值。”

Kamath和她的同事们是LLNL加速制造金属加速认证(ACAMM)战略计划(acamm.llnl.gov)的一部分,他们正在使用各种规模的模拟来深入了解SLM过程。

“我们发现,如果速度太低,金属密度会降低,因为锁孔模式激光熔化会产生空隙,激光钻入材料中,”Kamath写道。“同时,速度太快会导致熔化不足。关键是要找到融合刚好的正确参数。“

LLNL团队发现,使用不同的粉末会在较低功率下影响密度,但不会在较高功率下影响密度。

“此外,对于316L不锈钢,在较高功率下,密度在较宽的扫描速度范围内较高,与较低功率不同,”文章指出。“这表明更高的功率可以在选择优化制造零件各种特性的工艺参数方面提供更大的灵活性。”

尽管在该实验中使用了316L不锈钢,但Kamath表示该团队的方法也适用于其他金属粉末。

LLNL的研究结果最终将用于帮助认证使用SLM构建的金属零件的属性。Kamath说,本文是了解我们如何利用计算机模拟和少量精心挑选的实验来有效确定工艺参数的第一步。

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