La fusione a letto di polvere laser è una tecnologia di produzione additiva dominante che deve ancora raggiungere il suo potenziale. Il problema che l'industria deve affrontare è che a volte si formano piccole bolle o pori durante il processo di stampa, e questi pori creano punti deboli nei prodotti finiti.

Quando una velocità lenta, il laser ad alta potenza sta fondendo la polvere di metallo durante la stampa 3D di una parte, può risultare una cavità a forma di buco della serratura nel bagno di fusione. pori, cioè difetti, forma nella parte inferiore del buco della serratura. Nuova ricerca pubblicata su Scienza rivela come i pori si generano e diventano difetti intrappolati nel metallo che si solidifica.

"Il vero valore pratico di questa ricerca è che possiamo essere precisi nel controllare le macchine per evitare questo problema, "dice Anthony D. Rollett, un professore di scienza e ingegneria dei materiali al Carnegie Mellon College of Engineering e coautore principale dell'articolo, "L'instabilità critica alla punta del buco della serratura in movimento genera porosità nella fusione laser".

Basandosi su ricerche precedenti che hanno quantificato il fenomeno del buco della serratura, il team di ricerca ha utilizzato raggi X ad alta energia estremamente luminosi per osservare le instabilità del buco della serratura. I pori si formano durante le fluttuazioni del buco della serratura, e cambia forma:la punta del buco della serratura si trasforma in una forma a "J" e si stacca. Questo comportamento instabile genera onde acustiche nel metallo liquido che spingono i pori lontano dal buco della serratura in modo che sopravvivano abbastanza a lungo da rimanere intrappolati nel metallo risolidificante. Il team è il primo a concentrarsi su questo comportamento e identificare ciò che sta accadendo.

"Quando hai un buco della serratura profondo, le pareti oscillano fortemente. Occasionalmente, le oscillazioni sono abbastanza forti nella parte inferiore del buco della serratura da pizzicare, lasciando dietro di sé una grande bolla. A volte questa bolla non si riconnette mai al buco della serratura principale. Collassa e genera un'onda d'urto acustica. Questo spinge i pori rimanenti lontano dal buco della serratura, " spiega Rollet.

È importante notare che i buchi della serratura in sé non sono difetti e, per esempio., aumentano l'efficienza del laser. Utilizzando apparecchiature a raggi X di sincrotrone presso gli Argonne National Laboratories, l'unica struttura negli Stati Uniti in cui i ricercatori potrebbero eseguire questi esperimenti, hanno notato che esiste un confine ben definito tra i buchi della serratura stabili e instabili.

"Finché rimani fuori dalla zona di pericolo [cioè, troppo caldo, troppo lento], il rischio di lasciare dei difetti è piuttosto basso, "dice Rollet.

Le fluttuazioni nella profondità del buco della serratura aumentano notevolmente con la diminuzione della velocità di scansione e della potenza del laser sul lato instabile del confine.

"Puoi pensare al confine come a un limite di velocità, tranne che è l'opposto di guidare un'auto. In questo caso, diventa più pericoloso man mano che vai più piano. Se sei al di sotto del limite di velocità, allora quasi sicuramente stai generando un difetto, "aggiunge Rollet.

A scala più ampia, dimostrando l'esistenza di limiti di porosità del buco della serratura ben definiti e dimostrando la capacità di riprodurli, la scienza può offrire una base più sicura per prevedere e migliorare i processi di stampa. Rolletto, chi è il co-direttore di facoltà del Next Manufacturing Center di Carnegie Mellon, pensa che i risultati di questa ricerca troveranno rapidamente la loro strada nel modo in cui le aziende utilizzano le loro stampanti 3D.