清华等最新Science:金属3D打印技术取得重大研究进展

【引言】

激光粉末床熔融（Laser powder bed fusion）能够精确高效地制备复杂结构，是一种重要的金属3D打印技术。然而，由此产生的孔隙缺陷一直都阻碍着这项技术在疲劳敏感型应用领域的进一步发展。其中，在高功率、低扫描速度激光熔融条件下产生的锁孔（keyhole, vapor depressions）现象就与孔隙的产生紧密相连。

【成果简介】

近日，清华大学的赵沧、卡内基梅隆大学的Anthony D. Rollett和弗吉尼亚大学大学的Tao Sun（共同通讯作者）等人利用告诉X射线成像技术对锁孔形成进行了细致的观测。研究介绍，高速X射线能够在Ti-6Al-4V合金中对由锁孔尖端的临界失稳所造成的孔结构进行原位观测。而经过观测，研究发现处于power-velocity空间的锁孔孔隙展现出了尖锐、平滑的边界形貌。研究表示，临界锁孔失稳现象能够在熔化槽产生声波，从而为锁孔附近的孔提供额外但关键的驱动力，使其运动原理锁孔并最终成为缺陷。因此，研究认为对孔隙缺陷形成的理解为避免孔隙产生从而构建高质量金属部件提供了路线图。2020年11月27日，相关成果以题为“Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting”的文章在线发表在Science上。

【图文导读】

图1 锁孔孔隙边界和激光熔融中的粉末作用

图2 孔隙边界处的锁孔缩放和波动

图3 声波驱动的锁孔孔形成和运动

文献链接：Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abd1587）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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