Nella ” Dinamica dei fluidi e delle particelle nella fusione laser a letto in polvere “, gli autori P. Bidare, I. Bitharas, RM Ward, MM Attallah e AJ Moore esaminano l’interazione del letto laser e del letto di polvere. In questo studio, il team è stato in grado di studiare e creare immagini delle aree in cui è stata rimossa la polvere durante le scansioni su linea singola e isola.
La ricerca ha fornito agli scienziati ulteriori informazioni sul processo PBF, rendendo ovvio che è più dinamico di quanto realizzato in precedenza e include movimenti sostanziali (guidati dal pennacchio di vapore metallico e plasma al di sopra del pool di fusione) tra potenza e agglomerati sia dentro e sopra il letto di polvere. In precedenza, le immagini sono state registrate tramite una stampante 3D Renishaw AM250 , ma non è stato possibile risolvere le particelle laser e polvere “. Altre sequenze di immagini, tuttavia, sono state utilizzate per scoprire il surriscaldamento delle aree di polvere e quindi i difetti.
Gli scienziati hanno utilizzato un sistema PBF a architettura aperta per misure in situ, offrendo la creazione automatizzata di componenti completamente densi. Il computer offre:
Movimento verticale della piastra di costruzione tra gli strati
Movimento dello spargitore di polvere per cavi di silicio
Illuminazione e scansione laser
La flessibilità è disponibile per la potenza e la velocità del laser
Il sistema offre immagini ad alta risoluzione oltre alla possibilità di fondere singole tracce nel letto di polvere e durante le build utilizzando più strati.
“Sono state apportate modifiche minori alle facce superiore e finale della camera di schermatura di Perspex per incorporare finestre di visualizzazione”, hanno affermato i ricercatori. “Per le viste dall’alto del letto in polvere, è stata aggiunta una finestra di diametro 50 mm in vetro KG assorbente all’infrarosso.”
L’imaging diretto è stato consentito attraverso la finestra di visualizzazione superiore, con una finestra di assorbimento a infrarossi che offre le viste laterali. Il team ha inserito la videocamera su un tavolino basculante, trasformando l’area del letto di polvere, e il che significa che diverse aree potrebbero essere sia scansionate che visualizzate. Successivamente, hanno iniziato a imitare la dinamica del gas e del plasma durante gli effetti termici PBF. Per la termodinamica di processo, è stato utilizzato un bilancio energetico per tenere conto di tutti i tipi di trasferimento di calore da conduttivo a convettivo a radiante.
La temperatura aumenta la densità del plasma e gli agglomerati di polvere che si formano durante la scansione delle isole.
“Gli agglomerati possono anche essere influenzati dal flusso indotto dal plume laser: possono essere risucchiati nella pista fusa, presumibilmente con una maggiore probabilità di produrre porosità, o espulsi nell’atmosfera e produrre grandi sfere fuse se interagiscono sufficientemente con il laser raggio, gas caldo o una combinazione di entrambi. “
Il pennacchio laser è stato diretto per la prima volta da un bagno in avanti, e altri studi hanno sottolineato che questo fenomeno si verifica a causa del distacco delle gocce. Il team crede anche che il movimento in avanti sia specifico per la PBF.
“I risultati combinati hanno dimostrato che l’atmosfera inerte e il pennacchio del laser sono parte integrante del trasferimento di calore, massa e quantità di moto del processo”, hanno concluso gli scienziati. “La loro inclusione nei modelli numerici è fondamentale per l’ottimizzazione del processo, per identificare i set di parametri che risultano in una denudazione ridotta. L’osservazione del comportamento di plume e particelle sotto flusso incrociato ha enfatizzato l’importanza di flussi di estrazione uniformi sopra il letto, portando una quantità di moto sufficiente a impedire la contaminazione del letto da particelle espulse. Prendere in considerazione i fenomeni idrodinamici durante la pianificazione del processo può migliorare la qualità complessiva della costruzione e limitare gli effetti negativi dei vapori e delle particelle espulsi “.
