Oeuvre montrant la limite et l'origine de la porosité du trou de serrure. Sur le côté gauche de la figure, la limite de porosité en trou de serrure dans l'espace de puissance laser - vitesse de balayage est nette et lisse. Sur le côté droit, autour de la limite de porosité, l'instabilité critique du trou de serrure libère des ondes acoustiques (ondes de choc) dans le bain de fusion. Les vagues entraînent ensuite le pore près de la pointe du trou de serrure pour accélérer rapidement en s'éloignant du trou de serrure. Lorsque le pore est capturé par le front de solidification, cela devient un défaut structurel préjudiciable dans la construction. Crédit :Ye Feng, Cang Zhao à l'Université Tsinghua
La fusion laser sur lit de poudre est une technologie de fabrication additive dominante qui n'a pas encore atteint son potentiel. Le problème auquel l'industrie est confrontée est que de minuscules bulles ou pores se forment parfois pendant le processus d'impression, et ces pores créent des points faibles dans les produits finis.
Lorsqu'une vitesse lente, le laser haute puissance fait fondre de la poudre métallique lors de l'impression 3D d'une pièce, une cavité en forme de trou de serrure dans le bain de fusion peut en résulter. Pores, c'est-à-dire des défauts, forme au fond du trou de la serrure. Nouvelle recherche publiée dans Science révèle comment les pores sont générés et deviennent des défauts piégés dans le métal en train de se solidifier.
"La vraie valeur pratique de cette recherche est que nous pouvons être précis sur le contrôle des machines pour éviter ce problème, " dit Anthony D. Rollett, professeur de science et d'ingénierie des matériaux au Carnegie Mellon College of Engineering et co-auteur principal de l'article, "L'instabilité critique au niveau de la pointe du trou de serrure en mouvement génère une porosité lors de la fusion au laser."
S'appuyant sur des recherches antérieures qui ont quantifié le phénomène de trou de serrure, l'équipe de recherche a utilisé l'imagerie par rayons X à haute énergie extrêmement lumineuse pour observer les instabilités du trou de serrure. Des pores se forment lors des fluctuations du trou de serrure, et il change de forme :la pointe du trou de serrure se transforme en « J » et se pince. Ce comportement instable génère des ondes acoustiques dans le métal liquide qui éloignent les pores du trou de serrure afin qu'ils survivent suffisamment longtemps pour se retrouver piégés dans le métal en resolidification. L'équipe est la première à se concentrer sur ce comportement et à identifier ce qui se passe.
Schéma de l'expérience de rayons X operando synchrotron sur la fusion laser sur lit de poudre (LPBF), avec optique à rayons X pour contrôler le faisceau, porte-échantillon avec plaques de carbone vitreuses pour contenir de la poudre, scintillateur pour convertir les rayons X en lumière, caméra haute vitesse pour capturer des films et laser haute puissance avec tête de balayage pour fournir un faisceau laser pour faire fondre la surface de l'échantillon. Crédit:Carnegie Mellon University College of Engineering
"Quand tu as un trou de serrure profond, les murs oscillent fortement. Parfois, les oscillations sont suffisamment fortes au fond du trou de serrure pour qu'elles se pincent, laissant une grosse bulle derrière. Parfois, cette bulle ne se reconnecte jamais au trou de serrure principal. Il s'effondre et génère une onde de choc acoustique. Cela éloigne les pores restants du trou de serrure, " explique Rollett.
Il est important de noter que les trous de serrure eux-mêmes ne sont pas des défauts et, par exemple., ils augmentent l'efficacité du laser. À l'aide d'équipements à rayons X synchrotron aux Laboratoires nationaux d'Argonne, la seule installation aux États-Unis où les chercheurs ont pu mener ces expériences, ils ont noté qu'il existe une frontière bien définie entre les trous de serrure stables et instables.
