伦敦大学学院工程师揭示LPBF 3D打印中飞溅的隐藏机制
时间：2025-11-29 15:14 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
2025年11月28日，英国伦敦大学学院机械工程系的研究人员在了解激光粉末床熔融（LPBF）过程中飞溅物的形成和行为方面取得了重大进展。研究团队解释说：“这一新认识帮助我们提出了减少缺陷和提高打印部件表面质量的策略。” 这些见解有望推动激光粉末床熔融（LPBF）工艺的发展，从而支持航空航天、能源和其他高性能行业关键部件的生产。
△德国3D打印机OEM厂商EOS采用激光粉末床熔融（LPBF）技术进行增材制造。图片来自EOS。
LPBF：强大的技术，却面临持续的挑战
尽管激光粉末床熔融（LPBF）是一种领先的金属3D打印技术，能够生产复杂、高质量的零件，但它面临着一个反复出现的问题：飞溅。打印过程中产生的微小颗粒会导致打印部件表面缺陷和孔隙。
研究人员指出：“这些缺陷会削弱部件的强度，使其不适用于航空航天和能源等行业的关键应用。”此外，飞溅颗粒会发生氧化，降低未使用粉末的回收利用率，并影响生产效率。
X射线突破：实时观察飞溅
为了详细研究飞溅动力学，研究团队使用了一台定制的四激光器原位操作过程复制器（Quad-ISOPR），配备了四台激光器和来自雷尼绍公司的工业扫描头系统。复制器在充满氩气的腔室中运行，以维持最佳打印条件。一块厚度为1毫米、高度为15毫米的基材被安装在腔室中，并在表面自动沉积了一层薄薄的粉末。
研究人员将这套装置与原位高速同步辐射X射线成像技术相结合，以极高的空间和时间分辨率捕捉到了激光粉末床熔融（LPBF）过程中飞溅和熔池的行为。实验在欧洲同步辐射装置（ESRF）的ID19高速成像光束线上进行，使用平均能量约为30 keV的多色硬X射线束和一台每秒拍摄40,000帧的相机。
△利用高速同步辐射X射线成像技术，在各种加工条件下捕捉并量化了LPBF过程中飞溅的动态变化。图片来自UCL。
本研究的相关内容以题为“Correlativespatter and vapour depression dynamics during laser powder bed fusion of anAl-Fe-Zr alloy”的论文发表在《国际极端制造杂志》期刊上。论文第一作者、伦敦大学学院博士后研究员郭达（音译）表示：“我们的研究预测了在激光粉末床熔融（LPBF）成型Al-Zr-Fe合金体系过程中产生的飞溅物数量。这一预测可用于未来的模型验证和最大限度地减少飞溅物。”
研究团队持续研究各种商用3D打印材料上的飞溅形成现象，旨在提高LPBF零件的表面质量和一致性，以满足实际应用需求。这些研究成果有望促进LPBF技术的更广泛应用，尤其是在对零件完整性要求极高的行业。
LPBF技术的进展
伦敦大学学院机械工程系的研究是激光粉末床熔融领域不断涌现的创新浪潮的一部分。今年九月，苏黎世联邦理工学院的一个学生团队研发出一种高速多材料金属3D打印机：一种激光粉末床熔融系统，可在打印过程中旋转粉末沉积喷嘴和气流喷嘴。这使得机器能够同时加工多种金属，无需停机，有望通过缩短生产时间和降低成本来革新金属增材制造技术。
△这款新型3D打印机利用旋转平台上的激光，同时熔化两种不同的材料。图片来自苏黎世联邦理工学院。
另一方面，总部位于美国的先进金属增材制造技术开发商ADDiTEC在底特律举行的RAPID + TCT 2025展会上发布了首款激光粉末床熔融（LPBF）系统。这款名为Fusion S的新平台扩展了此前的定向能量沉积（DED）和液态金属喷射（LMJ）的技术产品线。此次发布使ADDiTEC成为全球少数几家能够提供三种互补金属增材制造技术的公司之一。
同样，爱尔兰医疗器械制造商Croom Medical推出了TALOS，这是一个用于3D打印钽(Ta)的LPBF平台。该公司称TALOS是医疗植入物和工业应用领域的一项突破，凸显了LPBF技术在各个领域不断扩展的功能和多功能性。
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