Meccanismi di eliminazione dei pori durante la stampa 3D di metalli

Eliminazione della porosità nella stampa 3D in metallo attraverso la forza termocapillare

In ” Meccanismi di eliminazione dei pori durante la stampa 3D di metalli “, i ricercatori di tutto il mondo esplorano di più sulla raffinazione della tecnologia di fusione laser a letto di polvere (LPBF) attraverso l’uso di tecniche di imaging e modellizzazione volte a prevenire la porosità.

Mentre la stampa 3D con il metallo è diventata estremamente popolare, e specialmente nel regno industriale, ci sono ancora numerose sfide da superare prima che molti utenti siano in grado di abbracciare completamente tali processi. In questa ricerca, gli autori usano l’imaging a raggi X del sincrotrone ad alta velocità in situ ad alta risoluzione e la modellistica multi-fisica per capire di più su come controllare i problemi di porosità che si verificano così spesso nel pool di fusione e che poi vengono trovati in parti .

Spesso è difficile per gli utenti adottare misure per ridurre la porosità attraverso la post-elaborazione:

“Ad esempio, la pressatura isostatica a caldo (HIP) non può chiudere i pori della superficie; e i pori del gas chiusi da HIP possono riaprirsi e crescere durante il successivo trattamento termico “, affermano i ricercatori, che hanno iniziato a cercare la via più logica per risolvere il problema, durante il processo di stampa.

I pori che mostrano alta velocità e dimensioni ridotte rendono difficile per i ricercatori esaminare il loro movimento mentre ne segue il processo di stampa. I raggi X hanno avuto un certo successo in precedenza, ma con una risoluzione inferiore. Il team di ricerca ha scoperto che i pori si muovono non solo in base alla temperatura e alla forza termocapillare, ma anche alla forza di trascinamento causata dal flusso di fusione. Inoltre, hanno scoperto che l’elevata forza termocapillare poteva superare la forza di resistenza, impedendo così la formazione di pori durante la stampa.

La radiografia in situ consisteva in:

Sistema a letto di polvere – 100 µm di polvere su un substrato inserito tra due piastre di carbonio vetroso
Sistema di fusione laser selettivo (per la scansione del letto di polvere e la formazione di un pool di fusione)
Sistema di imaging a raggi X ad alta velocità – che mostra il processo LPBF
“Per studiare l’effetto della forza termocapillare sulla dinamica dei pori in diverse posizioni dell’intero pool di fusione, abbiamo sviluppato una mappa di forza basata sul rapporto tra forza termocapillare e forza di trascinamento (F t / F d ) per un poro di 10 μm di diametro, utilizzando il gradiente di temperatura locale e la velocità media del flusso di fusione (1,1 ± 0,5 ms −1 ). La forza di galleggiamento viene trascurata perché ha ordini di grandezza inferiori alla forza termocapillare e la forza di resistenza per la gamma di dimensioni dei pori studiata qui “, hanno affermato i ricercatori.

Sono stati inoltre condotti esperimenti per vedere come questo processo influirebbe sulla stampa 3D non guidata dalla polvere. I risultati hanno mostrato “comportamenti simili nei movimenti dei pori”.

Nel complesso, i ricercatori hanno scoperto che erano in grado di utilizzare la forza termocapillare per eliminare i pori mentre era in corso LPBF. Lo hanno dimostrato durante la stampa, oltre a dimostrare che i pori negli strati precedenti sono stati eliminati dalla “forza termocapillare mediante scansione laser con parametri di scansione laser adeguati”.

I ricercatori si aspettano che questo studio abbia implicazioni positive per applicazioni come:

Lucidatura laser
Rivestimento laser
Saldatura
Fusione che gira
Reattori nucleari
Reattori chimici
“Abbiamo ottenuto l’eliminazione dei pori mediante forza termocapillare in entrambe le leghe, il che indica che il meccanismo di eliminazione dei pori guidato dalla forza termocapillare non è limitato a un sistema di lega specifico”, hanno affermato i ricercatori.

La porosità è un tema costante di utenti di stampa 3D di ricerca continuerà a perfezionare i processi di produzione, e in particolare in metallo, ma anche la stampa di estrusione-based , la stampa FDM 3D , e in bioprinting troppo. Cosa ne pensi di questa notizia? Fateci sapere i vostri pensieri! Partecipa alla discussione su questo e altri argomenti sulla stampa 3D su 3DPrintBoard.com .

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