創(chuàng)想三維：英國研究人員在激光粉末床融合中研究粒子動力學

　　在激光粉末床融合中的流體和粒子動力學中，研究人員通過檢查激光床和粉床相互作用，創(chuàng)建了單線和島掃描期間去除粉末區(qū)域的圖像。

　　研究讓科學家們對PBF過程有了進一步的了解，很明顯它比以前認識到的更具動態(tài)性，并且包括功率和附聚物之間的大量運動(由激光誘導的金屬蒸汽和熔池上方的等離子體驅(qū)動)。在粉末床內(nèi)和上方。以前，圖像是通過雷尼紹AM250 3D打印機記錄的，但激光和粉末顆粒無法分辨。然而，其他圖像序列用于發(fā)現(xiàn)粉末區(qū)域過熱，然后是缺陷。

　　開放式架構(gòu)PBF系統(tǒng)的示意圖，其中包括對高速成像和紋影成像的修改�？茖W家們使用開放式結(jié)構(gòu)PBF系統(tǒng)進行現(xiàn)場測量，提供完全密集組件的自動構(gòu)建。電腦提供了構(gòu)建板在層之間的垂直移動、硅繩粉末涂布機的運動、激光照射和掃描和靈活性可用于激光功率和速度。

　　該系統(tǒng)提供高分辨率成像以及在粉末床中和使用多層構(gòu)建期間熔化單個軌道的能力。

　　研究人員說：“對有機玻璃屏蔽室的頂面和端面進行了微小的修改，以便將觀察窗納入其中。對于粉末床的頂視圖，添加了由紅外吸收KG玻璃制成的直徑50毫米的窗戶�！�

　　使用激光功率掃描單個軌道(從左到右掃描方向)時的側(cè)視圖和俯視圖的高速圖像，掃描速度為(a)和(b)50 W和0.1 m / s; (c)和(d)100W和0.5m / s以及(e)和(f)200W和1m / s。插圖是熔池形狀的示意圖，其決定了激光羽流方向。所有數(shù)字的視頻都包含在補充材料中。

　　該團隊將攝像機插入傾斜臺，改變了粉床區(qū)域，這意味著可以掃描和成像幾個區(qū)域。然后他們在PBF熱效應(yīng)期間模仿氣體和等離子體動力學前進。對于熱力學，使用能量平衡來解釋從導電到對流輻射的所有類型的熱傳遞。

　　溫度升高會在掃描島形成等離子體密度和粉末團聚體。凝聚物也會受到激光羽流引起的流動的影響，它們可以被拉回到熔化的軌道中，可能會增加產(chǎn)生孔隙的可能性，或者噴射到大氣中，如果它們與激光充分相互作用則產(chǎn)生大的熔化珠子梁，熱氣體或兩者的結(jié)合。

　　(上)計算50,100和200 W激光功率的溫度場。 (底部)快速激光羽流的計算速度表面圖，箭頭表示它引起的較慢的大氣氣流。

　　激光羽流首次從熔池中向前運動，其他研究已經(jīng)對這種情況進行了評論，因為液滴脫離。該團隊還認為，前進動議是針對PBF的。

　　綜合結(jié)果表明，惰性氣體和激光羽流是造成熱量，質(zhì)量和動量傳遞的組成部分�？茖W家們總結(jié)道：“它們在數(shù)值模型中對該過程的優(yōu)化至關(guān)重要，它們可以識別導致減少剝蝕的參數(shù)集， 對交叉流動下觀察羽流和顆粒均勻提取至關(guān)重要，其具有足夠的動量以防止床被噴射的顆粒污染。在工藝規(guī)劃過程中考慮水動力現(xiàn)象可以提高整體建造質(zhì)量，并限制噴射的蒸汽和顆粒的不利影響�！�

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