Карты дефектной структуры, полученные методом лазерного порошкового наплавления (LPBF): прогнозирование неполного сплавления, сквозных отверстий и газовой пористости в сплаве Ti-6Al-4V.

Феликс Ли, генеральный директор компании Forgecise Экспертная оценка и проверка фактов проведены Forgecise Металлургическая исследовательская группа Последнее обновление: 25 июля 2026 г.

Краткое резюме

Что такое карта процесса образования дефектов (DSPM) в технологии LPBF? Карта структуры дефектов и процесса (DSPM) — это основанная на физических принципах диаграмма, которая отображает мощность лазера (P), скорость сканирования (V) и расстояние между штрихами (H), чтобы точно показать, где образуются различные производственные дефекты при 3D-печати металлом. Вместо того чтобы гадать методом проб и ошибок, инженеры используют карты DSPM для определения безопасных параметров печати.

Почему объемная плотность энергии (VED) не позволяет прогнозировать дефекты? VED сводит параметры процесса к одному числу ($E = P / (V \cdot H \cdot L)$). Это не работает, поскольку различные комбинации параметров могут давать одно и то же значение VED, но при этом создавать совершенно разные формы расплавленной ванны, что приводит к неполному сплавлению в одной конфигурации и к разрушению сквозного отверстия в другой.

Как предсказать границы дефектов LPBF? * Отсутствие слияния (LOF): Причина – плохое перекрытие следов расплава. Предсказано путем объединения геометрической модели перекрытия Танга $\left(\frac{H}{W_m}\right)^2 + \left(\frac{L}{D_m}\right)^2 \le 1$ с трехмерным тепловым уравнением Розенталя для глубины расплавленной ванны ($D_m$) и ширины ($W_m$).

• Пористость в виде замочной скважины: Вызвано схлопыванием паровой депрессии при высокой мощности и низкой скорости. Предсказывается, когда угол передней стенки в форме замочной скважины опускается ниже $53,5^\circ$ ($\tan \theta \le 1,35$) с использованием модели Каннингема.
• Газовая пористость: Это вызвано скоплением газа внутри порошка исходного сырья. Около 90% газовых пузырьков выходят наружу во время плавления, но примерно 10% остаются в твердой части.

1. Основная проблема в контроле качества LPBF

Лазерное спекание порошкового слоя (LPBF) выделяется как передовая технология в аддитивном производстве металлов. С её помощью создаются прецизионные детали для авиационных двигателей, медицинских имплантатов и конструкционной фурнитуры. Однако внутренние дефекты остаются её самым большим препятствием.

Напечатанная деталь может выглядеть чистой снаружи, но внутри скрываться микропустоты. При многократных циклах нагрузки эти скрытые пустоты вызывают усталостные трещины, разрушающие компоненты. Подготовка деталей, изготовленных методом LPBF, для ответственных применений означает отказ от догадок и использование наглядных физических моделей для выявления дефектов до начала печати.

В 2020 году исследователи Джерард В. Гордон, Снеха П. Нарра, Росс В. Каннингем, Хэ Лю, Хангман Чен, Роберт М. Сутер, Джек Л. Бьют и Энтони Д. Роллет опубликовали знаковое исследование. Аддитивное производство озаглавленный «Карты структуры дефектов для процесса аддитивного производства методом лазерного послойного спекания порошка» (Том 36, 101552). В своей работе они использовали синхротронную микролучевую рентгеновскую компьютерную томографию (μSXCT) в Аргоннской национальной лаборатории, чтобы показать, что внутренние пустоты подчиняются различным правилам в пространстве параметров.

В ForgeciseМы используем эти принципы для создания инструментов прогнозирования и разработки руководящих принципов. Ниже приведено подробное описание того, как работают карты структуры дефектов и процессов (DSPM) и как их применять на производстве.

2. Почему объемная плотность энергии (VED) недостаточна.

Инженеры-технологи часто используют объемную плотность энергии (VED) для выбора параметров: $$E = \frac{P}{V \cdot H \cdot L}$$

Где:

• $E$ = Плотность энергии ($\text{Дж/мм}^3$)
• $P$ = Мощность лазера ($\text{Вт}$)
• $V$ = Скорость сканирования ($\text{мм/с}$)
• $H$ = Расстояние между штриховками ($\text{мм}$)
• $L$ = Толщина слоя ($\text{мм}$)

Метод VED позволяет быстро определить причину дефектов, но он не может надежно предсказать их возникновение.

Где система VED терпит неудачу

Два набора параметров могут давать одинаковое значение VED, но при этом приводить к противоположным дефектам:

1. Нерасплавленные зазоры от широкого шага штриховки: Если увеличить шаг штриховки $H$ и уменьшить толщину слоя $L$, значение $E$ останется неизменным. Но если $H$ превысит фактическую ширину зоны расплава $W_m$, нерасплавленный порошок останется зажатым между дорожками сканирования, что создаст серьезные проблемы. Отсутствие синтеза (LOF) пустоты.
2. Экстремальные соотношения сторон: Высокая мощность при высокой скорости ($P\uparrow, V\uparrow$) может обеспечить эквивалентную мощность при низкой мощности и низкой скорости ($P\downarrow, V\downarrow$). Однако в первом случае образуется неглубокий расплавленный слой, способствующий проводимости, тогда как во втором – глубокая, нестабильная «ключевая скважина».

Образование дефектов зависит от локальной геометрии расплавленной ванны, перекрытия дорожек и стабильности паровых карманов, а не от единого глобального значения энергии.

3. Три основных типа пористости LPBF

Сканирование с помощью синхротронного компьютерного томографа выявило три основных типа пустот в напечатанном сплаве Ti-6Al-4V:

                          LPBF DEFECT TYPES
                                  │
         ┌────────────────────────┼────────────────────────┐
         ▼                        ▼                        ▼
┌──────────────────┐     ┌──────────────────┐     ┌──────────────────┐
│  Lack of Fusion  │     │ Keyhole Porosity │     │   Gas Porosity   │
└────────┬─────────┘     └────────┬─────────┘     └────────┬─────────┘
         │                        │                        │
 ┌───────┴───────┐        ┌───────┴───────┐        ┌───────┴───────┐
 │• Irregular    │        │• Near-Spherical│        │• Small Sphere │
 │• Large Size   │        │• Deep Location│        │• 1.5 - 20 μm  │
 │• Unmelted Pow │        │• Vapor Pinch  │        │• Feedstock Gas│
 └───────────────┘        └───────────────┘        └───────────────┘

1. Пористость, обусловленная неполной сплавлением (LOF).

• Форма и характеристики: Крупные, зазубренные, несферические полости, часто содержащие нерасплавленные зерна порошка.
• Причина: Низкий уровень подводимой энергии приводит к образованию слишком узких или неглубоких следов расплава, препятствующих полному расплавлению соседних слоев или нижележащих слоев.
• Местоположение КТ: Обнаруживается вдоль краев сканирующих дорожек или границ слоев.

2. Пористость в виде замочной скважины

• Форма и характеристики: Круглые или овальные пустоты, расположенные глубоко у основания расплавленных следов.
• Причина: Высокая мощность лазера в сочетании с низкой скоростью сканирования ($P\uparrow, V\downarrow$). Давление паров металла давит на жидкий металл, вырезая глубокую узкую полость. По мере того, как стенки жидкости образуют волны и схлопываются, газовые карманы отрываются внизу и замерзают на месте из-за быстрого охлаждения.
• Местоположение КТ: Сосредотачивается вблизи основания глубоких расплавленных каналов.

3. Газовая пористость

• Форма и характеристики: Крошечные гладкие сферы диаметром от 1,5 мкм до 20 мкм.
• Причина: Газовые пузырьки, захваченные внутри металлического порошка во время распыления (например, пузырьки аргона). Когда лазер плавит порошок, эти пузырьки попадают в жидкий раствор. Большинство из них всплывают, но некоторые задерживаются при замерзании металла.
• Местоположение КТ: Распространён по всей детали, даже в пределах оптимальных технологических параметров.

4. Схема размещения оборудования и настройка синхротронного компьютерного томографа.

Гордон и др. провели контролируемые испытания печати на EOS M290 машина с использованием плазменного распыления Порошок EOS Ti-6Al-4V.

Матрица базовых настроек

• Базовые настройки (Пример 1): Мощность лазера $P = 280\text{ Вт}$, скорость сканирования $V = 1200\text{ мм/с}$, расстояние между штрихами $H = 140\ \mu\text{м}$, толщина слоя $L = 30\ \mu\text{м}$.
• Тестовая матрица: Было напечатано 12 кубических блоков путем корректировки параметров $P$, $V$ и $H$ относительно базовых настроек для отображения риска потери сигнала, риска образования «замочной скважины» и определения пределов перекрытия треков.

Подробности о синхротронной микрокомпьютерной томографии ($\mu$SXCT).

• Средство: Усовершенствованный источник фотонов (APS) Аргоннской национальной лаборатории.
• Размер 3D-пикселя: Размер вокселя: 0,65 мкм.
• Предел обнаружения: Наименьший разрешимый диаметр пор $\approx 1,5\ \mu\text{m}$.
• Почему это важно: Синхротронная компьютерная томография позволяет различать мельчайшие детали размером менее 1 мкм, обеспечивая четкое физическое разграничение между газовыми порами и пустотами в виде замочных скважин/пробелов.

5. Физические математические модели границ дефектов

                 P-V PARAMETER SPACE & DEFECT BOUNDARIES
  Laser
  Power (P)
    ▲
    │  [Keyhole Porosity Zone] 
    │  (High P, Low V -> Vapor Depression Collapse)
    │  ------------------------------------------------- Keyhole Boundary (Cunningham Angle)
    │
    │            =================================
    │            │     STABLE PROCESS WINDOW     │  <- Optimal Density
    │            │   (Gas Porosity Baseline)     │
    │            =================================
    │  ------------------------------------------------- LOF Boundary (Tang Geometric Model)
    │  [Lack-of-Fusion Zone] 
    │  (Low P, High V -> Insufficient Overlap)
    └─────────────────────────────────────────────────────────► Scan Speed (V)

5.1 Граница отсутствия термоядерного синтеза

Ошибка перекрытия (LOF) возникает, когда соседние сканирующие дорожки не перекрываются в боковом или нижнем направлении. Гордон и др. использовали геометрическую модель перекрытия Танга: $$\left(\frac{H}{W_m}\right)^2 + \left(\frac{L}{D_m}\right)^2 \le 1$$

Где:

• $H$ = Расстояние между штриховками (мкм)
• $W_m$ = Ширина расплавленной ванны ($\mu\text{m}$)
• $L$ = Толщина слоя ($\mu\text{m}$)
• $D_m$ = Глубина расплавленной ванны (мкм)

Как работает математика

• $\frac{H}{W_m}$ треков боковое перекрытие. Если $H \ge W_m$, то между расположенными рядом рельсами образуются зазоры.
• $\frac{L}{D_m}$ треков вертикальная глубина повторного расплава. Если $L \ge D_m$, лазер не сможет пробить предыдущий слой.
• Если сумма квадратов их отношений превышает 1, образуются незаплавленные зазоры, создающие дефекты LOF.

Расчет геометрии расплавленной ванны с помощью решения Розенталя

Для аналитической оценки глубины расплавленной ванны $D_m$ без разрезания образцов используйте трехмерное уравнение Розенталя для точечного источника тепла: $$D_m = \sqrt{\frac{2 P \eta}{\pi e \rho C_p V (T_m — T_0)}}$$

Где:

• $P$ = Мощность лазера ($\text{Вт}$)
• $\eta$ = Коэффициент поглощения материала ($\eta ≈ 0,35 — 0,40$ для Ti-6Al-4V при воздействии волоконных лазеров)
• $e$ = постоянная Эйлера ($\approx 2.71828$)
• $\rho$ = Плотность материала ($\approx 4430\text{ кг/м}^3$)
• $C_p$ = Удельная теплоемкость ($\approx 526\text{ Дж/(кг}\cdot\text{К)}$)
• $V$ = Скорость сканирования ($\text{м/с}$)
• $T_m$ = Температура плавления ($\approx 1660^\circ\text{C} = 1933\text{ K}$)
• $T_0$ = температура основания порошкового слоя ($\text{K}$)

Предположим, что поперечное сечение расплавленной ванны имеет простую полукруглую форму: $$W_m \approx 2 D_m$$

Результаты испытаний

• Образец 9 (за пределами границы LOF): Установка производилась с низкой мощностью и высокой скоростью относительно расстояния между штрихами. Синхротронная компьютерная томография показала Нерегулярные пустоты LOF достигают 0,34%..
• Образец 1 (базовый уровень, внутри границы): Критерий Танга выполнен. Синхротронная КТ показала Неравномерная пористость LOF ниже 0,0056%. (снижение в 60 раз).

5.2 Граница пористости в форме замочной скважины

Высокая мощность лазера в сочетании с низкой скоростью переводит процесс в режим образования сквозного отверстия. Металл превращается в пар, а давление отдачи пробивает глубокое отверстие в жидком объеме.

Гордон и др. применили модель неустойчивости «замочной скважины» Каннингема, основанную на высокоскоростной рентгеновской визуализации. Схлопывание «замочной скважины» связано с углом наклона передней стенки ($\theta$):$$\tan \theta = \frac{V}{v_{\text{drill}}}$$

Где:

• $V$ = Скорость сканирования ($\text{мм/с}$)
• $v_{\text{drill}}$ = Скорость лазерного сверления в расплавленную ванну ($\text{мм/с}$)

Критический порог

Высокая энергия лазера создает крутую переднюю стенку, при которой: $$\theta < 53,5^\circ \quad \left(\text{или } \tan \theta \le 1,35\right)$$

Передняя стенка, заполненная жидкостью, разрушается. Волны распространяются по полости, отрывая пузырьки пара у основания и превращаясь в пустоты, напоминающие замочные скважины.

Результаты испытаний

• Пример 2 (высокая мощность, низкая скорость): Глубоко проникло в область замочной скважины. Запись сделана с помощью синхротронной компьютерной томографии. Доля сферических пустот в форме замочной скважины резко возросла до 0,67%., где преобладают круглые отверстия у основания трассы.
• Пример 1 (стандартные настройки): Сохранялся стабильный угол замочной скважины; круглые пустоты оставались незначительными.

6. Как расстояние между штрихами (H) влияет на накопление тепла.

Изменение расстояния между люками $H$ влияет на перекрытие рельсов и смещает накопление тепла по соседним проходам.

                           HATCH SPACING EFFECTS
                                     │
         ┌───────────────────────────┴───────────────────────────┐
         ▼                                                       ▼
┌─────────────────────────────────┐             ┌─────────────────────────────────┐
│     Hatch Spacing Too Large     │             │     Hatch Spacing Too Small     │
│          (H > W_m)              │             │          (H << W_m)             │
└────────────────┬────────────────┘             └────────────────┬────────────────┘
                 │                                               │
                 ▼                                               ▼
┌─────────────────────────────────┐             ┌─────────────────────────────────┐
│ Insufficient Transverse Overlap │             │ Severe Thermal Accumulation     │
│ -> Lack of Fusion Voids         │             │ -> Pushes Pool into Keyhole Zone│
└─────────────────────────────────┘             └─────────────────────────────────┘

Анализ тестовых образцов 10, 11 и 12

• Образцы 10 и 11 (с малым расстоянием между штриховками): Сохранение постоянных значений $P$ и $V$ при одновременном ужесточении $H$ увеличивает перекрытие рельсов. Однако испытания показали, что Необычно малое расстояние между ячейками увеличивает количество круглых пор.. Плотные проходы удерживают локальное тепло, повышая локальную температуру пласта $T_0$, углубляя глубину расплава $D_m$ и вызывая обрушение стабильных расплавленных зон в форме замочной скважины.
• Образец 12 (широкое расстояние между штрихами): Увеличение ширины слоя $H$ повышает скорость построения. Но даже когда математические модели предсказывают безопасные границы, реальные колебания движения жидкости, разбрызгивания и плотности упаковки порошка иногда приводят к образованию зазоров в слое LOF.

Правила определения расстояния между штриховками:

1. Не следует устанавливать значение переменной $H$ исключительно для максимального ускорения сборки.
2. Избегайте слишком плотного расположения, которое задерживает тепло и приводит к обрушению отверстий.
3. Геометрические модели обеспечивают надежную базовую модель; добавьте Запас прочности 10–15% для реальной печати.

7. Как газовые пустоты порошка перемещаются в напечатанные детали.

Даже в чистом технологическом окне, где исчезают пустоты и дефекты в виде «замочных скважин», напечатанные детали сохраняют небольшой фоновый уровень газовой пористости (приблизительно 0,01% — 0,05%). Гордон и др. отслеживали, как газ перемещается из порошкового сырья в готовый металл.

                   POWDER-TO-PART GAS TRANSFER DYNAMICS
                                     │
 ┌───────────────────────────────────┴───────────────────────────────────┐
 │ 1. Atomized Feedstock Powder with Trapped Gas Pockets                 │
 └───────────────────────────────────┬───────────────────────────────────┘
                                     │
                                     ▼
 ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │ 2. Powder Pulled into Laser Melt Pool (Denudation & Melting)          │
 └───────────────────────────────────┬───────────────────────────────────┘
                                     │
                                     ▼
 ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │ 3. Bubble Dynamics: Buoyancy vs. Marangoni Flow vs. Solidification    │
 └───────────────────────────────────┬───────────────────────────────────┘
                                     │
                     ┌───────────────┴───────────────┐
                     ▼                               ▼
     ┌───────────────────────────────┐ ┌───────────────────────────────┐
     │ ~90% Gas Bubbles Escape       │ │ ~10% Trapped as Gas Pores     │
     │ through Melt Pool Surface     │ │ in Final Solidified Part      │
     └───────────────────────────────┘ └───────────────────────────────┘

7.1 Плазменно-распыленный порошок (ПА) против порошка для подготовки к применению (PREP)

В ходе исследования были протестированы два типа порошка Ti-6Al-4V:

1. Плазменно-распыленный порошок EOS (PA)
2. Порошок, полученный методом плазменно-вращающегося электрода (PREP).

Математика масштабирования газовых пустот

Объем пор $V_p$ и радиус $r_p$ соответствуют стандартной сферической геометрии: $$V_p = \frac{4}{3}\pi r_p^3 \implies r_p = \left(\frac{3 V_p}{4\pi}\right)^{1/3}$$

Для порошка PREP существует степенная зависимость между радиусом внутренних газовых пор $r_{\text{pore}}$ и радиусом частиц основного порошка $r_{\text{particle}}$:$$r_{\text{pore}} \propto r_{\text{particle}}^\beta \quad (\text{где } \beta \approx 0.34)$$

• Характеристики порошка PREP: Общее количество газовых пустот меньше, но отдельные захваченные поры немного крупнее.
• Характеристики порошка PA: Более высокое общее количество пустот, но размер пор не демонстрирует четкой связи с размером частиц из-за улавливания газа во время распыления.

7.2 Правило 90% вероятности побега

Высокоскоростное рентгеновское сканирование показало, что Примерно 90% внутренних газовых пустот выходят наружу, пока металл находится в жидком состоянии..

• По мере плавления порошка, наполненного газом, сильные жидкие течения и плавучесть увлекают пузырьки газа к поверхности, где они лопаются.
• Однако около 10% остаются в ловушке. Когда высокая скорость замерзания (10^5 — 10^6 К/с) задерживает пузырьки до того, как они достигнут поверхности.

Максимальные размеры захваченных пор

• Детали из полиамидного порошка: Наибольший диаметр пор, в которых захвачен газ, составляет приблизительно 15–20 мкм.
• Детали порошковой обработки для подготовки: Наибольший диаметр пор, в которых захвачен газ, составляет приблизительно 10–15 мкм.

Для компонентов, критически важных с точки зрения усталости, настройка параметров — это лишь половина дела: использование порошков для предварительной подготовки под давлением с низкой пористостью или дегазированного сырья имеет решающее значение для достижения наилучших результатов.

8. Сводная таблица экспериментальных данных

Ниже приведено сравнение ключевых фрагментов образцов из работы Гордона и др. (2020):

Образец ID	Мощность лазера $P$ (Вт)	Скорость сканирования $V$ (мм/с)	Расстояние между штрихами $H$ ($\mu\text{m}$)	Местоположение на карте процесса	Основной обнаруженный дефект	Измеренная пористость по данным КТ
Образец 1	280 (базовый уровень)	1200	140	Стабильное окно	Небольшие газовые поры	$< 0.0056\%$ (LOF)
Образец 2	Высокий $P$	Низкий $V$	140	Зона замочной скважины	Круглые замочные скважины	$\sim 0.67\%$ (Сферический)
Образец 9	Низкий $P$	Высокий $V$	140	Зона отсутствия термоядерного синтеза	Неправильные полости LOF	$\sim 0.34\%$ (Неправильная форма)
Образец 10	280	1200	Тугой	Накопление тепла	Замочная скважина / Круглые пустоты	Высокое сферическое количество
Образец 11	280	1200	Умеренный	Накопление тепла	Умеренные пустоты в форме замочной скважины	Среднее сферическое количество
Образец 12	280	1200	Широкий	Вблизи границы LOF	Небольшие полости LOF	Низкий и средний уровень пробоя

9. 5 шагов для выбора параметров LPBF без проб и ошибок.

                  5-STEP PROCESS OPTIMIZATION WORKFLOW
                                     │
 ┌───────────────────────────────────┴───────────────────────────────────┐
 │ STEP 1: Analytical LOF Boundary Screening                             │
 │ Calculate D_m & W_m via Rosenthal Model; apply Tang Criterion.      │
 └───────────────────────────────────┬───────────────────────────────────┘
                                     │
                                     ▼
 ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │ STEP 2: Keyhole Instability Limit Evaluation                          │
 │ Evaluate V/v_drill ratio; enforce Keyhole angle threshold > 53.5°.   │
 └───────────────────────────────────┬───────────────────────────────────┘
                                     │
                                     ▼
 ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │ STEP 3: Hatch Spacing & Thermal Accumulation Balancing                │
 │ Set H to preserve 15-20% overlap margin without excessive heat build.│
 └───────────────────────────────────┬───────────────────────────────────┘
                                     │
                                     ▼
 ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │ STEP 4: Raw Feedstock Powder Quality Audit                            │
 │ Conduct CT or pycnometry on powder; prefer PREP for critical parts.   │
 └───────────────────────────────────┬───────────────────────────────────┘
                                     │
                                     ▼
 ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │ STEP 5: Targeted Micro-CT & Metallographic Verification              │
 │ Print narrow test matrix in predicted DSPM window to verify density.  │
 └───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Шаг 1: Отфильтруйте границу LOF.

1. Соберите данные о тепловых характеристиках материала ($\rho, C_p, T_m, \eta$).
2. Оцените глубину $D_m$ и ширину $W_m$ для пар кандидатов $P$ и $V$ с помощью трехмерного уравнения Розенталя.
3. Удалите параметры, превышающие предел Танга: $\left(\frac{H}{W_m}\right)^2 + \left(\frac{L}{D_m}\right)^2 > 0.85$ (включая 15% коэффициент запаса прочности).

Шаг 2: Проверьте пределы замочной скважины.

1. Рассчитайте скорость сверления $v_{\text{drill}}$ и угол передней стенки $\theta$.
2. Удалите настройки, при которых угол замочной скважины опускается ниже $53,5^\circ$ ($\tan\theta \le 1,35$).

Шаг 3: Сбалансируйте расстояние между штриховками.

1. Установите шаг штриховки $H$ таким образом, чтобы коэффициент бокового перекрытия $H/W_m был приблизительно равен 0,6 — 0,75$.
2. Используйте вращение вектора сканирования ($67^\circ$), чтобы избежать накопления тепла в локальных точках.

Шаг 4: Проверка качества порошка

1. Проведите анализ порошковых партий на содержание газа с помощью компьютерной томографии или пикнометрии.
2. Для применений, связанных с высокой усталостью, выбирайте порошки, полученные методом PREP или вакуумного распыления.

Шаг 5: Проверка окончательных настроек

1. Распечатайте небольшой набор тестовых блоков (5–8 блоков вместо десятков) внутри рассчитанного окна DSPM.
2. Подтвердите плотность с помощью метода Архимеда, оптических поперечных сечений или микрокомпьютерной томографии.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чём разница между неполной фиксацией и пористостью в виде «замочной скважины» при 3D-печати?

Неполные пустоты в расплаве — это большие, неправильной формы полости, возникающие из-за недостаточного нагрева лазером и плохого перекрытия дорожек. Поры в виде замочных скважин — это круглые пустоты, образующиеся, когда высокая мощность лазера прожигает глубокое отверстие, которое схлопывается и задерживает газ на дне расплавленной ванны.

Как предотвратить газовую пористость в деталях, изготовленных методом лазерной порошковой наплавки (LPBF)?

Газовая пористость возникает непосредственно из-за полых зерен порошка. Ее можно уменьшить, используя высококачественный порошок для подготовки под давлением (PREP), вакуумную дегазацию исходного сырья или оптимизированные параметры лазерной обработки, которые поддерживают расплавленную ванну открытой достаточно долго, чтобы пузырьки газа могли выйти.

Почему объемная плотность энергии (VED) ненадежна для установки параметров LPBF?

VED рассматривает четыре различных параметра ($P, V, H, L$) как одно число. Две разные конфигурации могут иметь одинаковое значение VED, но при этом создавать совершенно разные формы расплавленной ванны, что приводит к отсутствию плавления в одной конструкции и к разрушению «замочной скважины» в другой.

Какое разрешение КТ необходимо для обнаружения дефектов ЛПБФ?

Стандартная лабораторная компьютерная томография (КТ) позволяет обнаруживать крупные пустоты и отверстия в структуре газа размером до 10–20 мкм. Для обнаружения мелких газовых пор (1,5–10 мкм) требуется синхротронная рентгеновская КТ с размером вокселя около 0,65 мкм.

Технические ссылки и цитаты

Для цитирования научной статьи, на которую дана ссылка в данном руководстве:

@article{gordon2020defect,
  title={Defect structure process maps for laser powder bed fusion additive manufacturing},
  author={Gordon, Jerard V and Narra, Sneha P and Cunningham, Ross W and Liu, He and Chen, Hangman and Suter, Robert M and Beuth, Jack L and Rollett, Anthony D},
  journal={Additive Manufacturing},
  volume={36},
  pages={101552},
  year={2020},
  publisher={Elsevier},
  doi={10.1016/j.addma.2020.101552}
}

Для получения технических консультаций, оптимизации параметров процесса LPBF или внедрения цифровых двойников обращайтесь по указанным контактам. Феликс Ли и инженерной командой в Forgecise.com.