新加坡：研究人员研究飞溅物在大规模SLM3d打印中的作用

新加坡南洋理工大学的毕业论文学生Ahmad Anwar 在“ 大规模选择性激光熔化：研究惰性气体流动对飞溅的影响和去除效果 ”中探讨了不希望的3D打印副产品。飞溅的主题通常被认为是关于缺陷的，但是在这里Anwar还探讨了与更大规模的制造相关的问题 - 这是一种必要的方法，其导致尺寸增大的硬件，从而可以制造更大的部件。

大规模选择性激光烧结可以通过粉末重量以及其他特征（例如激光器的数量和粉末床面积）来限制。对于成功的SLM印刷，Anwar声称对飞溅颗粒的研究是必要的。由于其尺寸和较暗的颜色，以及对3D打印层的影响以及诱导孔隙率，飞溅是值得注意的。该研究的目的是更多地了解飞溅对制造零件的影响，分析它们如何影响机械性能，并模拟惰性气体流动期间3D打印中的飞溅活动。

安华还研究了“合适的喷射剖面”，以及在没有任何惰性气体流动的情况下的性能。研究人员使用SLM Solutions 280 HK机器进行实验，并选择氩气作为探测飞溅物的首选气体。“

“对于粉末床上的飞溅颗粒，质量和尺寸分布进行了表征，”Anwar说。“然后将斯托克斯（苏克）数用作参数来观察飞溅运输中的气流效率，这是悬浮在气流中的颗粒的原因。还应用了图像处理，以便立即表征粉末床上的飞溅物分布。“

研究人员建立了一个监视飞溅的摄像头，然后对其进行处理，以便与质量分布特征进行比较。正如Anwar所解释的，飞溅通常发生在任何SLM印刷过程中，因为这些颗粒被喷射并且经常在加工区域或粉末床附近积聚。飞溅的体积也取决于能量输出，如：

激光功率

扫描速度

层厚度

舱口间距

从熔池中喷射飞溅物并通过-x方向的惰性气体流（绿色箭头）传输的示意图。

较高的能量输入导致较大的飞溅，增加的散射和较高的喷射高度。当研究人员试验减少飞溅的方法时，他们将气体泵入腔室：

“对于SLM Solutions机器，氩气从右侧向左侧（负x方向）泵入。引入惰性气体有两个原因; 首先，需要尽可能地使熔融粉末的氧化最小化。因此，仅当氧含量低于0.05％时才开始扫描。其次，在扫描过程中，由于离子化的金属蒸汽和等离子体羽流对熔池产生反冲压力，气体流动有助于去除不必要的飞溅，“Anwar说。

研究人员收集了15个飞溅样品，每个样品在从出口附近的沉积区域舀出后进行测量和评估。

“我们选择在该地区收集飞溅物的原因是：（i）不能直接在粉末床上收集飞溅物，因为它与新鲜粉末混合; （ii）不可能收集从出口吹出的粉末，因为在运行之间不能完全清洁粉末收集器（气体过滤器）; （iii）相反，根据我们的经验收集粉末的出口附近区域每次运行可以清理几次，结果可靠; （iv）最后，可以安全地假设在出口附近收集的粉末量与从粉末床吹出的总量成比例，并且其成分相似，“作者说。

SEM图像A：鲜粉; B：观察到出口附近的飞溅物; C：飞溅的单颗粒。D：单次飞溅的样品EDS结

进行模拟以分析气体横流如何有助于使飞溅物远离激光扫描区域。氩气在去除出口处的飞溅方面基本上不令人印象深刻。研究人员还发现，增加气体流速并不会减少粉末床中的颗粒数量。

“对大规模AM工艺的兴趣已经引发了大量关于阻碍大型机器开发的问题的研究，SLM也不例外，”作者总结道。“为航空航天和汽车行业制造大型零件的前景被认为非常具有吸引力。

“粉末床上飞溅颗粒分布的实验和模拟研究报告的结果可证明对于优化的惰性气体流动系统的开发具有显着和科学上的有益效果。将来，为了在较大的粉末床区域上去除飞溅物颗粒而进行的这种改进将实现生产更大的SLM机器的可能性，该SLM机器能够制造比现有标准更大的部件。“

几乎只要我们意识到3D打印的神奇潜力和我们面前创新的无限选择，就应该开始批评和改进 - 正如技术基于逐层方法一样，它已经取得了持续的进步一个改进安装在另一个上。然而，必须解决3D打印中的缺陷，因为许多部件都依赖于强度和功能。飞溅的研究对于减少或消除任何缺陷非常重要。在其他研究中，研究人员研究了喷射物及其在引起瑕疵，其他类型飞溅物中的作用，甚至设置了高速相机来研究原位3D打印。了解更多关于飞溅在大规模选择性激光熔化中的影响在这里。