基于透射X射线成像与离散元模拟的薄层金属粉末定量分析及刮刀式铺粉方法
应用物理
2022-09-12 v1
摘要
铺展均匀且致密的粉末层对于使用粉末床增材制造(AM)生产高质量构件至关重要。类刮刀工具常用于铺展金属粉末原料,尤其在激光粉末床熔融与电子束熔融中,其粉末 D50 为 30 微米或更大。除由打印构件的逐层几何与表面形貌引入的边界条件变化外,铺展工具与粉末之间的随机相互作用导致层质量的空间变化,这一点仍未被充分理解。在此,为研究代表粉末床 AM 条件下的粉末铺展,我们采用模块化机械装置,利用若干类刮刀铺展工具由中等与高黏聚性粉末制备粉末层。使用透射 X 射线成像对粉末层有效深度进行空间映射,并通过统计方法量化均匀性。我们首先比较层密度(即粉末层有效深度),表明具有弯曲轮廓的刮刀几何会导致更多的材料沉积。其次,该方法可量化局部波动或层缺陷严重程度。例如,我们观察到与 45 度刚性刮刀相比,V 形橡胶刮刀的主要优势在于使刮刀边缘局部偏转以消除大颗粒造成的条痕,同时增加沉积。此外,我们采用自定义 DEM 模拟,以伪材料方法阐明颗粒密度与表面能的对立作用,其中惯性与黏聚力的平衡决定了宏观粉末流动性。对于特定合金密度,我们发现存在一个临界表面能,超过该值后,使用刮刀铺粉时层密度将严重受损。
引用
@article{arxiv.2209.04320,
title = {Quantitative analysis of thin metal powder layers via transmission X-ray imaging and discrete element simulation: Blade-based spreading approaches},
author = {Ryan W. Penny and Daniel Oropeza and Patrick M. Praegla and Reimar Weissbach and Christoph Meier and Wolfgang A. Wall and A. John Hart},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.04320},
year = {2022}
}