激光粉末床熔融增材制造中确定的收缩孔隙率

当机械工程博士。候选人WilliamFriedenTempleton原本打算仔细研究激光粉末床熔合(PBF-LB)工艺参数如何影响微观结构，但他从未想到会发现以前在PBF-LB增材制造中被忽视的制造缺陷。

缩孔是金属铸件中的常见缺陷，当金属从液态转变为固态时形成。金属在冷却和凝固时体积收缩，如果这种收缩不能被剩余的液态金属回填，因为液态金属的流动路径被凝固的微观结构阻塞，我们就会得到缩孔。

“这些缺陷发生在微观结构的尺度上，如果你没有预料到它们，真的很难发现，”弗里登·坦普尔顿说。“使用光学显微镜，它们通常看起来像小的抛光划痕。”

由于采用逐层PBF-LB打印工艺，重熔可以消除这些缩孔，或者如果它们更靠近零件表面，则可以在打印后加工过程中将其除去，从而使这些缺陷不再是问题。然而，当这些孔隙形成得足够深，以至于下一个金属层在重熔过程中无法将它们去除时，就会出现问题。

机械工程助理教授SnehaNarraPrabhaNarra表示：“现在有人根据凝固和L-PBF加工原理解释了缩孔的发生。”

“此外，我们还能够将其映射为加工条件的函数，并以研究人员和工程师在工艺参数开发过程中易于解释的形式呈现这些信息。这之所以可能，是因为该技术的跨学科和协作性质。项目。”

FriedenTempleton正在学习由合著者、材料科学与工程教授ChrisPistorius教授的凝固加工课程;大约在同一时间，他正在描述这项工作中涉及的样本，这使他能够快速将课程作业和研究联系起来。

纳拉说：“这是一个恰当的例子，说明当学生愿意将研究生课程应用于他们正在进行的研究时，会发生什么。”“在卡耐基梅隆大学经常出现这种情况。对缺陷形成的机制的理解使我们能够提出缓解策略。”

近年来，PBF-LB的工艺参数开发取得了重大进展，使该工艺能够实现始终如一的高零件质量。虽然这项工作的结果可能不会改变之前建立的工艺参数，因为大多数都是在较低的打印温度(约100°C)下创建的。在未来的工作中，制造商需要注意增材制造的这一缺陷。

FriedenTempleton表示：“这将特别影响研究人员和制造商，他们致力于开发在接近500°C的高温下进行打印的工艺参数，以及打印易受局部温度升高影响的复杂几何形状。”

“除了我们的研究结果之外，我想强调研究人员在收集和分析数据时保持开放心态的重要性。我们开始这个项目时并没有期望观察收缩孔隙率，因为现有文献中并不经常提到它。”

这项研究是与匹兹堡大学的研究人员合作完成的;AlbertTo、ShawnHinnebusch和SethStrayer使用增材制造模拟来设计这些实验并制造样品，作为NASA支持的正在进行的项目的一部分。

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