Исследователи нашли причину крошечных трещин, возникающих на поверхности металлических 3D-печатных изделий

3D-печать металлом достигла невиданных высот. Мельчайшие детали, замысловатые формы, высокая скорость – все при ней. И все же и у нее есть свои недостатки, например, небольшая пористость поверхности, сопровождаемая крошечными дефектами и трещинками. Ученых давно мучил вопрос, что является причиной этой пористости и как оптимизировать процесс 3D-печати, чтобы избежать ее. Похоже, ответ найден.Команда исследователей из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory или LLNL) под руководством Айбо Мэттьюза и сделала уникальное открытие, результаты которого были опубликованы в журнале Acta Materialia Online.

В исследовании говорится, что проблема заключается в феномене денудации («оголения») под воздействием лазера, сплавляющего металлический порошок для 3D-печати. Когда лазер движется над платформой, покрытой порошком, возникает движущая сила, которая рассеивает крупинки порошка. В результате там, где порошка было чуть меньше, образуются крошечные пробелы и дефекты.

Со слов Мэттьюза, его команда первой заинтересовалась вопросом паров металла во время печати. «Во время этого процесса температура почти близка к точке кипения металла, и начинается отток паров, – объясняет он. – До сих пор никто не задумывался, какое влияние они могут оказывать на итоги работы».Для изучения этого феномена, происходящего на микроскопическом уровне, исследователи из LLNL заказали платформу для исследования технологии плавления металлического порошка под воздействием лазера в Институте химической технологии общества Фраунгофера в Ахене, Германия. Задействовав микроскоп собственной разработки, вакуумную камеру и сверхскоростную камеру, им удалось подробно рассмотреть процесс разбрасывания металлического порошка, когда по нему проходится лазер. Потом, вооружившись принципами гидроаэродинамики и технологией компьютерного моделирования, они воссоздали модель движения частиц порошка.

Хотя исследователи еще не предложили решение этой проблемы, они помогли понять, как именно протекает процесс сплавления порошка, а значит, уже сделали первый шаг к улучшению технологии. Сейчас Мэттьюз и его команда продолжают следить за тем, как поверхность изделий становится пористой в режиме реального времени, и ищут способы устранения этой проблемы. Для этого они используют систему продвинутой диагностики и всячески пытаются повлиять на процесс печати, чтобы повысить его качество. «Теперь, когда мы лучше понимаем физику процесса, мы можем более точно сымитировать его и добиться лучших результатов», – говорит Мэттьюз. Очевидно, что благодаря усилиям этой дружной команды в будущем металлическая 3D-печать может стать такой точной и аккуратной, как никогда раньше.

Источник