Metalladditiv tillverkning (AM) lovar att revolutionera hur vi producerar och använder vissa delar. Minska materialavfall och arbetstid, metall AM förenklar stegen för att skapa komplexa geometriska delar jämfört med konventionella tillverkningsmetoder.

Dock, hundratals mycket små defekter (~ 10-50 mikrometer) kan uppstå under processen, utgör en utmaning när det gäller att garantera förtroende för produktens strukturella prestanda. De tekniska effekterna av dessa defekter är inte väl förstådda; och, på ett område där certifieringar och standarder är högsta, det är svårt att ange dessa delar på grund av bristen på bearbetningsdata och standardprotokoll.

Forskare vid Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL), i Laurel, Maryland, för att bättre förstå påverkan av olika defekter på den mekaniska prestandan hos AM -material. I "Att avslöja den kopplade effekten av defektmorfologi och mikrostruktur på dragbeteendet hos Ti-6Al-4V tillverkad via laserpulverbäddssammansmältning, "publicerades nyligen i Journal of Materials Processing Technology, de tillhandahåller data för att förstå effekterna av defekter och möjliggöra beslutsfattande.

En metod för att bygga metall -AM -delar är selektiv lasersmältning, en process som smälter och smälter metalliska pulver med hjälp av laserenergi. "Fusion av laserpulverbädd är en dominerande additiv tillverkningsteknik som ännu inte har nått sin potential, "sa motsvarande författare Steven Storck, maskiningenjör vid APL:s forsknings- och exploratoriska utvecklingsavdelning (REDD). "Problemet är att små bubblor eller porer ibland bildas under utskriftsprocessen, och dessa porer skapar osäkerhet i styrka eller prestanda inom områden av de färdiga produkterna. "

Det finns två naturliga typer av bearbetningsfel:brist på fusion och nyckelhål. Den förra uppstår när det inte finns tillräckligt med energi för att helt smälta metallpulverbädden; nyckelhålsdefekter inträffar när överdriven energitäthet bildar en flytande dynamisk instabilitet i den smälta pulverbädden. Eftersom energitätheten avviker över eller under de optimala nivåerna, antalet och storleken på defekterna ökar.

Storck, tillsammans med REDD -medförfattarna Timothy Montalbano, Salahudin Nimer, Christopher Peitsch, Joe Sopcisak och Doug Trigg, och Brandi Briggs och Jay Waterman från Naval Air Warfare Center Aircraft Division, medvetet introducerade båda typerna av defekter i prover för att avgöra hur de påverkar delarnas mekaniska egenskaper.

Resultaten visade att även om stora mängder av varje typ av defekter är ogynnsamma, det är mer gynnsamt att vara i nyckelhålsdomänen - med en liknande koncentration av defekter - än i bristen på fusionsdomän. Teamet upptäckte också att mikrostrukturell förfining kring ett nyckelhålsdefekt kan motverka försvagningseffekten av defekten. Även upp till 4-5% porositet i nyckelhålsområdet resulterar i samma sträckgräns som en del med försumbar porositet, en måttmätning som många mekaniska ingenjörer använder för att designa delar.

"Vi modifierade laserbehandlingsförhållandena för att simulera naturliga fel i processen och genererade tre liknande mängder defekter i nyckelhålet och brist på fusionsdomäner, "Förklarade Storck." Sedan, vi skannade och kvantifierade material från varje bearbetningstillstånd med hjälp av röntgentomografi för att kartlägga defektstorleken och distributionen, och jämförde prover som innehåller dessa resulterande defekter vid monoton spänningstestning för att bestämma den föredragna defektdomänen för en given mängd defekter. "

Denna forskning var en del av APL:s pågående ansträngningar med Naval Air Systems Command för att förstå effekterna av defekter i additiv tillverkning. "Vår nuvarande forskning använder nu detta fynd i kombination med maskininlärning för att skriva om hur vi bearbetar material med lasersmältning, "Sa Storck.

"Detta arbete är ett kritiskt steg för att lägga grunden för att möjliggöra kvalificering av AM -delar i framtiden, "tillade Morgan Trexler, som hanterar REDD:s Science of Extreme and Multifunctional Materials -program. "En allmän förståelse för påverkan av effekterna av bearbetningsförhållanden på den resulterande mikrostrukturen och egenskaperna hos ett material och en komponent kommer att ge den vetenskapliga grunden för att möjliggöra protokoll för säker implementering av additivt tillverkade delar."