近日，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员使用高速成像和计算机模型揭示了材料在被打印过程中出现的“飞溅”现象，这种现象导致了金属3D打印部件的缺陷。
对于材料飞溅这个问题，是粉末状聚合添加剂制造设备的用户最为头疼的问题。多年来，3D打印机用户正在寻求解决飞溅问题的方法。因为飞溅是液体金属颗粒从激光路径弹出的现象，最终会导致成品部件存在缺陷。
现在，LLNL研究人员可能已经解决了这个问题的根源。研究人员发现使用熔体动力学和模拟的高分辨率超快成像技术，发现飞溅并不主要是由于激光的反冲压力造成的，如前所述。相反，他们认为飞溅是由环境气流夹带金属颗粒的结果。
LLNL物理学家Sonny Ly说：“人们一直假设反冲压力导致飞溅，因为这是激光焊接社区所看到的。”据Ly和他的同事们表示，这个解释现在可以被证明是错误的。
“我们在熔池中成像，你可以看到由于反冲而直接从熔池喷射的颗粒，但是大部分颗粒被气流吹走并夹带着，”Ly说。“夹带的颗粒可以返回到激光束中并被熔化，导致更大的飞溅形式。”
飞溅的问题是，当颗粒从激光的路径飞出并落在打印部分上时，它们可能污染粉末床并影响层的构建质量。
受飞溅影响，金属打印品会存在包括粗糙度、孔隙率和融合不足等缺陷。
但是，由于LLNL使用三种摄像头，包括每秒可录制高达1000万帧的传感器，这在一定程度上可能会消除这些负面特征。这种设置允许研究人员看到在粉末床上方的吸附有颗粒的气体流动。
LLNL工程师Gabe Guss解释说：“熔化颗粒的喷射只有约15％是由熔池中溅出的，这是假定的机制。其余的主要是通过熔池上方的激光束的冷颗粒和其他一些因素。”
Guss补充说，调查结果令人惊讶，因为没有高科技成像设备，看起来热喷射来自外部气体压力而不是向内夹带。使用三个摄像头收集的视觉数据补充了计算机模拟，这表明熔池的倾斜影响飞溅的方向。
负责仿真的LLNL计算工程师/物理学家Saad Khairallah说：“模拟显示了激光点下面的熔池的形态差异，这使我们能够解释实验观察结果。”
研究人员表示，他们的工作受到了来自物理学家Ibo Matthews和Alexander“Sasha”Rubenchik的帮助，他们帮助科学家减轻飞溅物的负面影响，并改善粉末床融合3D打印的流动模型。
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