Obrazowanie synchrotronowe umożliwia zmniejszenie defektów druku 3D

Fot. Pixabay, CC0

Naukowcy z brytyjskiego ośrodka badawczego Diamond Light Source pracują nad nowym projektem, który ma przyspieszyć rozwój technik druku 3D opartych na laserze. Zbudowali oni maszynę do wytwarzania dodatków laserowych (LAM), która działa na linii wiązki, umożliwiając użytkownikom zapoznanie się z sednem procesu i ujawniając różne podstawowe zjawiska fizyczne zachodzące podczas LAM.

Procesy te służą do tworzenia obiektów 3D o złożonej geometrii w stosunkowo krótkim czasie i polegają na takim kierowaniu lasera, aby selektywnie stopić złoże metalu lub proszku ceramicznego, który następnie ponownie krzepnie, co pozwala wytworzyć pożądany kształt. Szybkości chłodzenia w procesie LAM są niezwykle szybkie, ale różnią się od konwencjonalnych procesów produkcyjnych, więc trudno jest ustalić, jakie są optymalne warunki uzyskania najlepszych możliwych właściwości. Ten brak wiedzy opóźnia wykorzystanie LAM w produkcji konstrukcji inżynieryjnych o kluczowym znaczeniu.

W wielu laboratoriach na całym świecie podejmowano próby rozwiązania tego problemu. Badanie, o którym mowa, było jednym z najbardziej zaawansowanych, ponieważ wykorzystało potężny system obrazowania synchrotronowego Diamond Light Source. Zdaniem profesora Petera Lee z The University of Manchester, który prowadzi ten projekt, "proces LAM przebiega bardzo szybko, w milisekundach, a do zbadania potrzebujemy rozdzielczości mikrosekund, którą można osiągnąć tylko dzięki blaskowi synchrotronu."

Zespół opracował nowatorski replikator procesów LAM, znany jako LAMPR. To pozwoliło na zobrazowanie i określenie ilościowe powstawania ścieżki roztopionej. LAMPR naśladuje sposób, w jaki działa komercyjny układ LAM, ale ma dodatkowe okna, które są przezroczyste dla promieni rentgenowskich. Umożliwiło to rzucenie światła na różne ważne mechanizmy procesu.

Kluczowym odkryciem był fakt, że porowatość powierzchni w obiektach drukowanych 3D LAM często jest spowodowana mechanizmem rozrywania porów. To obaliło poprzednią hipotezę, która sugerowała, że winne jest niecałkowite topienie. Co więcej, odkryto, że wstępne topienie powoduje uwolnienie oparów metali, co także mogło powodować defekty.

Owocem badań jest mapa, która ilustruje, jak dostroić i zoptymalizować różne parametry procesu LAM, aby wytworzyć produkt jak najlepszej jakości przy minimalnych próbach i błędach.

(KB)