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Los científicos encuentran una manera de predecir la formación de bolsillos de gas que causen defectos de la impresión 3D

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Durante el proceso de impresión 3D, si el gas atrapado dentro de los polvos de metal que alimentan las impresoras 3D, los bolsillos de gas microscópicos podría aparecer. Estas regiones tienen Suizo-queso-como las estructuras y son menos densas y más débiles que sus alrededores, y pueden llevar a las grietas y a otros fracasos.

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Los equipos de investigación del Carnegie Mellon University y del Ministerio de los E.E.U.U. de laboratorio nacional de Argonne de la Energía (GAMA) han identificado estos bolsillos de gas y crearon una metodología para predecir la formación de los bolsillos de gas. Este la información podía mejorar dramáticamente el proceso de impresión 3D. Su investigación se publica la semana pasada en ciencia.

“La investigación en este papel traducirá a una mejor calidad y un mejor control en el trabajo con las máquinas,” dijo Anthony Rollett, un profesor de la ciencia material y de la ingeniería en el Carnegie Mellon University y a un autor en el papel. “Para que la fabricación aditiva saque realmente para la mayoría de compañías, necesitamos mejorar la consistencia de los productos finales. Esta investigación es un paso importante en esa dirección.”

Los científicos utilizaron las radiografías extremadamente brillantes, de alta energía en la fuente avanzada del fotón de Argonne (APS), una oficina de la GAMA de la instalación del usuario de la ciencia, para tomar el vídeo e imágenes ultrarrápidos de un proceso llamado la fusión de la cama del poder del laser (LPBF), en la cual los lasers se utilizan para derretir y para fundir el polvo material junto.

Los lasers, que exploran sobre cada capa de polvo para fundir el metal en caso necesario, crear literalmente el producto final de principio a fin. Cuando son minúsculos los bolsillos de gas atraparse en estas capas, defectos pueden formar. Los defectos pueden causar las imperfecciones que podrían llevar a las grietas o a otras averías en el producto final.

Hasta ahora, los fabricantes no conocían mucho sobre cómo los taladros del laser en el metal, creando las cavidades llamadas las “depresiones del vapor.” Sin embargo asumieron que la falta miente en el tipo de polvo de metal o la fuerza del laser. Como consecuencia, los fabricantes han estado utilizando un acercamiento del ensayo y error con diversos tipos de metales y de lasers para intentar reducir los defectos.

De hecho, la investigación muestra que estas depresiones del vapor existen bajo casi todas las condiciones en el proceso, ninguna materia el laser o metal. Aún más importante, la investigación muestra cómo predecir cuando una pequeña depresión crecerá en grande e inestable que puede potencialmente crear un defecto.

“Estamos dibujando detrás el velo y revelando qué se está encendiendo realmente,” Rollett dijo. “La mayoría de la gente le piensa para brillar una luz laser en la superficie de un polvo de metal, la luz es absorbida por el material, y derrite el metal en una piscina del derretimiento. En actualidad, usted está perforando realmente un agujero en el metal. ” Usando una de las instalaciones más potentes del sincrotrón del mundo en los APS de Argonne, los investigadores observaron, los investigadores miraron qué sucede como los movimientos del laser a través de la cama del polvo de metal de crear cada capa del producto.

La forma de la piscina del derretimiento, bajo perfectos estados, es baja y semicircular, llamado el “modo de la conducción.” Pero durante el proceso de impresión real, el laser de alta potencia, moviéndose a menudo en un de poca velocidad, puede cambiar la forma de la piscina del derretimiento algo como un ojo de la cerradura en una cerradura guardada: redondo y grande en el top, con un punto estrecho en la parte inferior. Tal “modo del ojo de la cerradura” que derrite puede potencialmente llevar a los defectos en el producto final.

“Basado en esta investigación, ahora sabemos que el fenómeno del ojo de la cerradura es más importante, en gran medida, que el polvo que es utilizado en la fabricación aditiva,” dijo Ross Cunningham, un recién licenciado del Carnegie Mellon University y a uno de los co-primeros autores de este papel. “Nuestra investigación muestra que usted puede predecir los factores que llevan a un ojo de la cerradura — cuál los medios usted pueden también aislar esos factores para mejores resultados.”

La investigación muestra que los ojos de la cerradura forman cuando se alcanza cierta densidad de poder del laser que es suficiente hervir el metal. Esto, a su vez, revela la importancia crítica del foco del laser en el proceso de fabricación aditivo, un elemento que ha recibido la atención escasa hasta ahora, según el equipo de investigación.

“El fenómeno del ojo de la cerradura podía ser visto por primera vez con tales detalles debido a la capacidad especializada desarrollada en Argonne,” dijo Tao Sun, un físico de Argonne y a un autor en el papel. “Por supuesto, el haz de radiografía de alta energía intenso en los APS es la llave.”

El equipo de investigación cree que esta investigación podría motivar los fabricantes de máquinas de fabricación aditivas para ofrecer más flexibilidad al controlar las máquinas y que el uso mejorado de las máquinas podría llevar a una mejora significativa en el producto final.

“Es porque 3D que imprime en general es bastante lento,” Rollett importante dijo. “Tarda horas para imprimir una pieza que sea algunas pulgadas altas. Eso es ACEPTABLE si usted puede permitirse pagar la técnica, pero necesitamos hacer mejor.”