清華等最新Science:金屬3D打印技術取得重大研究進展

【引言】

激光粉末床熔融（Laser powder bed fusion）能夠精確高效地制備復雜結構，是一種重要的金屬3D打印技術。然而，由此產生的孔隙缺陷一直都阻礙著這項技術在疲勞敏感型應用領域的進一步發展。其中，在高功率、低掃描速度激光熔融條件下產生的鎖孔（keyhole, vapor depressions）現象就與孔隙的產生緊密相連。

【成果簡介】

近日，清華大學的趙滄、卡內基梅隆大學的Anthony D. Rollett和弗吉尼亞大學大學的Tao Sun（共同通訊作者）等人利用告訴X射線成像技術對鎖孔形成進行了細致的觀測。研究介紹，高速X射線能夠在Ti-6Al-4V合金中對由鎖孔尖端的臨界失穩所造成的孔結構進行原位觀測。而經過觀測，研究發現處于power-velocity空間的鎖孔孔隙展現出了尖銳、平滑的邊界形貌。研究表示，臨界鎖孔失穩現象能夠在熔化槽產生聲波，從而為鎖孔附近的孔提供額外但關鍵的驅動力，使其運動原理鎖孔并最終成為缺陷。因此，研究認為對孔隙缺陷形成的理解為避免孔隙產生從而構建高質量金屬部件提供了路線圖。2020年11月27日，相關成果以題為“Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 鎖孔孔隙邊界和激光熔融中的粉末作用

圖2 孔隙邊界處的鎖孔縮放和波動

圖3 聲波驅動的鎖孔孔形成和運動

文獻鏈接：Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abd1587）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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