英国钻石光源研究机构的研究人员一直致力于推动激光3D打印技术项目的发展。与I12、联合工程环境处理（JEEP）光束线和中央激光设施的科学家合作，他们已经建造了一台激光增材制造（LAM）机器。该机器在光束线上运行，使用户能够看到过程的核心，揭示LAM期间所发生的各种潜在物理现象。

LAM工艺对于在相对较短的时间内创建具有复杂几何形状的3D物体非常有用，它们通过引导激光选择性地将金属或陶瓷粉末熔化，然后重新凝固和熔合在一起，从而形成想要的形状、层次化。

LAM工艺的冷却速度非常快，由于不同于传统的制造工艺，所以很难知道最佳条件是什么以获得最佳性能。因而一直阻扰LAM在生产像涡轮叶片、能量存储系统和生物医学设备等安全关键工程结构中的应用。

据负责该项目的曼彻斯特大学Peter Lee教授的说：“LAM工艺非常快，以毫秒为单位，并且要研究我们需要的微秒分辨率，这只能通过同步加速器才能实现。它使我们能够跟踪粉末、熔化和固化回到最终固体形状的过程。在JEEP，我们正在研究航空发动机中使用的超级合金，需要高能的x射线来观察它们的内部。”

该团队开发了一种名为LAMPR的新型LAM工艺复制器。因为通过AM工艺打印层，这使他们能够对熔体轨道的形成进行图像和量化。 LAMPR的设计是为了适应束线，它模仿了商业LAM系统的工作方式，以及对X射线透明的附加窗口，使科学家可以看到它发生的过程。 LAMPR揭示了LAM工艺中各种重要的机制，包括熔体轨道的形成和演变，飞溅模式，沉积层中的裸露区（无粉末区）和孔隙率。

LAMPR的一个关键发现是LAM 3D打印物体中的表面孔隙通常是由孔隙爆裂机制引起的，在这种机制下，表面的孔隙会进入大气，导致表面的凹陷。这推翻了以前认为不完全融化是罪魁祸首的假设。研究团队还发现，由于表面张力引起的预熔作用导致金属蒸汽的释放和惰性气体的加热，惰性气体是另一种潜在的缺陷来源，形成了一股将粉末和熔化的液滴从主轨道上喷射出来的烟柱。

该团队利用他们的研究创建一个流程图，演示了如何调整和优化LAM工艺的各种参数，以最小的试验和错误生成更高质量的产品。

转载自 天公社