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激光粉末床熔融增材制造过程及高能密度激光焊接中孔隙形成机制的直接观测

DOI：10.1016/j.ijmachtools.2020.103555 期刊：International Journal of Machine Tools and Manufacture 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）是一种能够制造传统工艺无法实现的复杂几何形状部件的3D打印技术。然而，打印过程中形成的气孔会损害部件的力学性能，严重阻碍其广泛应用。本研究报道了LPBF过程中观察到的六种气孔形成机制。我们的结果再次证实了三种已知机制——匙孔诱导气孔、原料粉末导致的气孔以及激光熔化时因挥发性物质汽化或微小封闭气体膨胀沿熔合边界形成的气孔。同时发现三种新机制：(1) 表面波动捕获的气孔；(2) 浅凹坑区波动导致的气孔；(3) 裂纹引发的气孔。这些发现为LPBF过程中的气孔形成机制提供了直接证据和深入见解，可指导气孔消除/缓解方法的开发。由于本研究涉及的某些激光加工条件与高能密度激光焊接情况相似，该结果对激光焊接也具有参考价值。
作者： S. Mohammad H. Hojjatzadeh，Niranjan D. Parab，Qilin Guo，Minglei Qu，Lianghua Xiong，Cang Zhao，Luis I. Escano，Kamel Fezzaa，Wes Everhart，Tao Sun，Lianyi Chen
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

识别并理解LPBF增材制造工艺与高能密度激光焊接过程中的孔隙形成机制，旨在减轻其产生并提高零件可靠性。

研究成果

该研究通过原位高速高能X射线成像实验，直接观察了激光粉末床熔融增材制造过程中的不同孔隙形成机制。研究识别出六种孔隙形成机制，其中包括三种此前未报道的新机制。这些发现可为3D打印领域开发降低孔隙密度、提升零件可靠性的新方法提供启发和指导，相关结果对深熔激光焊接同样具有参考价值。

研究不足

该研究聚焦于激光粉末床熔融工艺与高能密度激光焊接过程中孔隙形成机制的观测。实验在特定条件及材料下开展，可能未涵盖工业应用中的所有可能场景。部分实验中观察到的随机熔体流动行为尚缺乏明确解释。

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