粉末床熔融金属增材制造中的缺陷和异常(3)
时间：2023-01-06 11:03 来源：长三角G60激光联盟 作者：admin 阅读：次
导读：本文旨在阐明粉末床熔融增材制造过程中常见的缺陷/异常及其形成机制。本文为第二部分。
1.4.缺陷分类
1.4.1.一般显微结构缺陷和异常
一般来说，缺陷可以通过三种具体方式产生或转移到成品零件上，主要是通过：（1）从原料粉末转移到粉末相关缺陷，（2）熔化过程中的激光-粉末-金属相互作用，也称为加工相关缺陷，以及（3）由于热处理导致的加工后相关缺陷（图6）。此外，设备、建造准备和零件设计也会影响AM零件中缺陷的形成。金属增材制造中常见的缺陷类型包括各种类型的气孔，如未熔合、匙孔、球化和滞留气体。其他缺陷类型包括表面粗糙度、残余应力和金属AM工艺快速凝固导致的变形（翘曲）。为了限制金属AM内缺陷的产生，必须通过适当选择材料、工艺和后处理设置来考虑和控制缺陷形成和转移的机制。
图6 粉末床熔合增材制造中的缺陷/异常形成机制分为三大类：（1）粉末相关缺陷，（2）加工相关缺陷，以及（3）加工后相关缺陷。
粉末相关缺陷。通常，粉末的形态、流动性、平均尺寸和粒度分布、表面污染等特性会影响最终产品的质量和性能。在基于熔融的AM工艺中，粉末特性直接受到粉末生产技术的影响，如水和气体雾化、等离子雾化、等离子旋转电极工艺等。使用球形粉末可以获得更高的表观密度、更高的堆积密度、更好的粉末流动性和光滑的表面光洁度，然而，球形粉末的生产成本较高。当PBF中使用的细粉（<5μm）比例过高时，可能会发生粉末结块，从而对粉末堆积密度、粉末流动性和最终零件密度产生负面影响。L-PBF中使用的典型粒度范围为15–45μm，而E-PBF中则使用45–110μm的粗粉粒。
处理相关缺陷。许多研究已经研究了加工参数，如功率、扫描速度、层厚、填充间距和扫描策略对不同缺陷形成的影响，主要是气孔和孔洞。更详细地说，熔合孔隙边界的缺乏可以通过熔池之间是否有足够的重叠来确定，以确保所有点至少熔化一次。相比之下，匙孔孔隙度边界对应于深匙孔中的不稳定性，从而导致匙孔收缩。第三个边界（称为“串珠”边界）由流体流动模式和熔池毛细不稳定性的组合决定，是提高生产速度的限制因素，同时保持L-PBF AM系统的精度（例如，同时提高速度和功率）。整体LOF、匙孔和堆焊气孔边界定义了一个有效的工艺窗口，用于生产名义上全密度的零件。全密度可量化为体积密度>99.9%的样品，但应注意，在处理窗口内仍可能存在较大缺陷（图7）。
图7 L-PBF金属AM中的缺陷形态在功率速度（P-V）加工参数空间内遵循可预测的趋势。
如下图（a）和（b）所示，将3.2毫米厚的皮板真空夹在铝基上，同时将挤压的型材纵梁垂直放置并保持良好接触到位。合金中锂元素的存在增加了表面氧化膜的生长速度，这是焊接过程中孔隙率形成的主要原因。因此，在焊接前需要格外注意准备表面。用砂纸研磨表皮材料的表面以除去氧化层。已经发现AA2196上的氧化层含有较高的氢含量，因此将纵梁AA2196的表面研磨到至少0.2毫米。表面处理后纵梁的最终厚度为1.6 mm，采用直径为0.8 mm的AA4047填充线。
激光焊接蒙皮纵梁工艺和X射线CT样品的配置。
其他缺陷，如开裂、变形和超高边缘，在打印和打印图案期间会受到热历史的影响，可以通过选择适当的扫描策略和部件设计来控制这些缺陷。
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