Zespół badawczy wykorzystuje technologię Synchrotron Beamline, aby zobaczyć proces drukowania wewnątrz laserowego 3D

Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku produkcji dodatków laserowych (LAM), która obejmuje ukierunkowane odkładanie energii (DED) i laserowe spiekanie w łóżku proszkowym (PBF), i charakteryzuje się szybkim tempem schładzania: naukowcy muszą jeszcze ustalić, w jakich warunkach drukowanie pod kątem najlepszych właściwości, dzięki czemu technologia nie jest powszechnie stosowana w aplikacjach inżynieryjnych o znaczeniu krytycznym dla bezpieczeństwa, takich jak urządzenia biomedyczne i magazynujące energię oraz łopatki turbin, które naprawdę mogą korzystać z drukowania 3D CD3D .

Ale wspólny zespół naukowców z Diamond Light Source, University of Manchester i Central Laser Facility w kompleksie badawczym w Harwell (RCaH) ma opracowali metodę widzenia wewnątrz procesu LAM, aby lepiej zrozumieć funkcje, takie jak mechanizmy konsolidacji proszku i oddziaływania laser-materia.

Diamond Light Source to brytyjski synchrotron z 23 liniami wiązek wykorzystującymi elektrony Aby uzyskać wyjątkowo jasne światło, można badać wszystko, od skamieniałości i wirusów po drukowanie 3D. Zespół ds. Produkcji addytywnej, oparty na RCaH, pracuje z naukowcami z Diamond Light Source z I12, z belką Joint Engineering Environment Processing (JEEP), aby zbudować system LAM, który może działać na linii wiązki. Umożliwi to naukowcom zapoznanie się z procesem i odkrycie fizycznych zjawisk zachodzących podczas procesów LAM.

"Proces LAM przebiega bardzo szybko, w milisekundach, a do zbadania potrzebujemy rozdzielczości rzędu mikrosekund, co można osiągnąć tylko dzięki blaskowi synchrotronu. Pozwala nam śledzić proces od proszku, poprzez topienie, a następnie zestalanie z powrotem do ostatecznego kształtu bryły "- wyjaśnił kierownik projektu, profesor Peter D. Lee z Uniwersytetu w Manchesterze. "W JEEP badamy superstopy stosowane w silnikach lotniczych i potrzebujemy wysokoenergetycznych, produkowanych tam twardych promieni rentgenowskich, aby zobaczyć wewnątrz nich."

Zespół opublikował artykuł na temat ich pracy, zatytułowany "W -situ Zdjęcie rentgenowskie defektu i dynamiki płynnej puli w produkcji dodatków laserowych, "w czasopiśmie Nature Communications. Współautorami są dr Chu Lun Alex Leung i Sebastian Marussi z uniwersytetu, Robert C. Atwood z Diamond Light Source, Michael Towrie z Central Laser Facility, Philip J. Withers z uniwersytetu oraz profesor Lee. < p> W pracy zespół opisuje nowatorski proces LAMReplikator, lub LAMPR, opracowali, co pozwala im na obrazowanie i ilościowe określanie, w jaki sposób tworzy się ścieżka stopu, gdy warstwy są drukowane w 3D. LAMPR, który naśladuje komercyjny system LAM, pasuje do linii wiązki i ma okna, które są przezroczyste dla promieni rentgenowskich, więc naukowcy mogą zobaczyć proces LAM, jak to się dzieje.

"LAMPR jest unikalny element wyposażenia i wsparcie linii promieniującej było absolutnie niezbędne "- powiedział dr Leung, który był PDRA prowadzącym eksperymenty. "Pracowaliśmy z pracownikami Diamond od momentu sformułowania wniosku. Diamond pomógł przy projektowaniu mechanicznym i optyki oraz zintegrowaniu LAMPR z systemami sterowania. "

Radiografia rentgenowska o dużej rozdzielczości czasowej i przestrzennej została wykorzystana do odkrycia niektórych ważnych mechanizmów konsolidacji proszku i interakcja laser-materia podczas LAM, w tym tworzenie i ewolucja wzorów odprysków i ścieżek roztopionych, porowatość w zdeponowanych warstwach i strefa zdemaskowana (bez proszku).

Zespół był w stanie uczyć się ważnych informacji o kierunku i prędkościach przepływu poru i rozprysków przy użyciu ich ilościowego rozłożenia w czasie, co byłoby niemożliwe do uzyskania dzięki tradycyjnym metodom.

Ich wyniki sprawiły, że fizyka pod LAM stała się bardziej klarowna, co pomoże bardzo pod względem rozwoju. Przed tymi eksperymentami przyjęto hipotezę, że porowatość powierzchniowa tworzona na gotowych obiektach występowała z powodu niedostatecznego podawania cieczy lub niekompletnego topienia. Teraz zespół wie, że ta formacja jest spowodowana mechanizmem niszczenia porów, w którym pory znajdujące się blisko powierzchni pozostawiają depresję powierzchniową po ucieczce do atmosfery.

Eksperyment pokazał, że wiele razy ciągły tor stopionego materiału może wystąpić przed głównym torem, przed połączeniem się z nim, poprzez wstępne topienie powodowane przez napięcie powierzchniowe.

LAMPR pomógł zespołowi zbadać różne warunki procesu i pozwolił im rozwinąć się mapa procesu, która według Diamond Light Source "ilustruje, w jaki sposób dostroić proces LAM, aby wytworzyć produkt o wysokiej jakości przy minimalnej próbie i błędzie" i różni się od typowej mapy mechanizmu wytworzonej za pomocą obrazowania synchrotronowego, która pokazuje podstawową fizykę, która ogranicza okno procesu. Mapa procesu zespołu pomoże im zmienić stop, warunki, a nawet sam proces, aby pokonać ograniczenia i stworzyć bardziej wydajne środowisko przetwarzania.