新加坡国立大学丨原位实验和数值模拟揭示金属增材制造过程小孔的形成机理

金属增材制造(AM)以其无需特殊工具和功能分级零件即可制造复杂形状零件、缩短产品开发周期和节省材料成本而闻名。然而，制造缺陷对零件机械性能有害。打印零件的气孔是缺陷的一种，直接降低了极限强度，也是零件疲劳和断裂强度的致命缺陷。此类缺陷的存在不符合行业要求的标准，因此阻碍了这些行业采用增材制造技术。因此，已经进行了大量研究以了解增材制造过程中的孔隙形成机制并控制打印部件的孔隙率。在各种孔隙缺陷中，小孔模式熔化下的孔隙率是激光焊接和激光粉末床熔合（L-PBF）中普遍存在的缺陷，引起了广泛关注。

在小孔孔隙特征、小孔塌陷机制和小孔成孔过程的研究方面取得了一些进展。非原位实验表明，小孔通常呈球形并集中在熔池底部。然而，这些实验并没有直接观察到小孔的形成，也不能对小孔的形成机制给出定量的解释。最近，提出了锁孔动力学的原位X射线成像，根据它们的位置确定了三种类型的锁孔：（i）后锁孔壁中间的壁架上的瞬间气泡，在锁孔波动过程中迅速消失，（ii）由于激光停止或转向而导致轨道末端的小孔，以及（iii）小孔波动导致熔池底部的小孔。第一种类型的气泡在其形成后几乎立即被消除，并且对于孔形成机制而言是微不足道的。轨迹末端的气孔不仅与锁孔动力学有关，而且由激光扫描路径决定，而这些气孔通常通过轮廓扫描和后处理抛光来减少或消除。因此，由锁孔波动产生的锁孔最为显着，是金属增材制造小孔形成研究的重点。