激光粉末床熔融增材制造中识别的收缩孔隙率你都知道哪些？

当机械工程博士候选人威廉·弗里登·邓普顿打算仔细研究激光粉末床熔融工艺参数如何影响微观结构时，他从未想过会发现以前在PBF-LB增材制造中被忽视的制造缺陷。

收缩孔隙率是金属铸件中的常见缺陷，随着金属从液态转变为固态而形成。金属在冷却和凝固时会发生体积收缩，如果由于液态金属流动路径被凝固的微观结构阻塞，这种收缩不能被剩余的液态金属回填，我们就会得到收缩孔隙率。

“这些缺陷发生在微观结构的规模上，如果你没有预料到它们，真的很难发现，”Frieden Templeton说。“使用光学显微镜，它们通常看起来像小的抛光划痕。

由于逐层 PBF-LB 打印工艺，重熔可以去除这些收缩孔，或者如果它们更靠近零件表面，则可以在打印后加工期间去除它们，从而使这些缺陷成为不成问题。然而，当这些孔隙形成得足够深，以至于下一个金属层在重熔过程中无法去除它们时，就会出现问题。

“这是任何人根据凝固和L-PBF加工原理解释收缩孔隙率发生的时候了，”机械工程助理教授Sneha Narra Prabha Narra说。

“此外，我们还能够将其映射为加工条件的函数，并以研究人员和工程师在工艺参数开发过程中易于解释的形式呈现这些信息。这之所以成为可能，是因为这个项目具有跨学科和协作的性质。

弗里登·邓普顿正在学习由合著者、材料科学与工程教授克里斯·皮斯托瑞斯教授的凝固加工课程;大约在同一时间，他正在描述这项工作中涉及的样本，这使他能够快速地在他的课程作业和研究之间建立联系。

“这是一个合适的例子，说明当学生愿意将他们的研究生课程应用于他们正在进行的研究时会发生什么，”Narra说。“在CMU经常出现这种情况。对缺陷形成的机理理解使我们能够提出缓解策略。"

近年来，PBF-LB的工艺参数开发取得了重大进展，使该工艺能够实现始终如一的高零件质量。虽然这项工作的结果可能不会改变先前建立的工艺参数，因为大多数都是在低打印温度下创建的。在未来的工作中，制造商将需要注意增材制造中的这一缺陷。

Frieden Templeton说：“这将特别影响研究人员和制造商，他们致力于开发在接近500°C的高温下打印的工艺参数，并打印易受局部温度积聚影响的复杂几何形状。

“除了我们的研究结果之外，我还想强调研究人员在收集和分析数据时保持开放的心态是多么重要。我们开始这个项目时并没有期望观察到收缩孔隙率，因为它在现有文献中并不经常被提及。

这项研究是与匹兹堡大学的研究人员合作完成的;Albert To、Shawn Hinnebusch 和 Seth Strayer，他们使用他们的增材制造模拟来设计这些实验，并制造了这些样品，作为 NASA 支持的持续项目的一部分。

该工作发布在Acta Materialia杂志上。