基于 X 射线显微镜的金属增材制造粉末层密度空间映射
应用物理
2021-07-29 v1
摘要
均匀铺粉是通过粉末床增材制造(AM)制备一致、高质量部件的先决条件,其中层密度与均匀性是粉末特性、铺展运动学和力学边界条件的复杂函数。由铺展过程的随机性所驱动,颗粒堆积密度的高空间变化阻碍了对这些层属性的光学探测。因此,我们提出透射 X 射线成像作为一种在工艺相关尺度与分辨率下直接映射粉末层有效深度的方法。具体而言,我们研究了名义厚度为 50–250 微米的层,这些层通过将精选的商业获得的 Ti-6Al-4V、316 SS 和 Al-10Si-Mg 粉末铺展到精密深度模板中制成。我们发现,粉末层堆积分数可由层相对厚度(相较于平均颗粒尺寸)与通过宏观粉末安息角评估的流动性共同预测。功率谱密度分析被引入作为按形貌量化缺陷严重程度的工具,并能够分别考量层的均匀性与稀疏性。最后,利用多层模板研究铺展过程,从而揭示颗粒如何与先前沉积材料以及边界条件的突变相互作用。实验结果还与专门构建的离散元方法(DEM)粉末铺展模拟框架进行比较,阐明了黏附力与重力在层均匀性和密度以及铺展过程中粉末床内颗粒运动中的竞争作用。
引用
@article{arxiv.2103.13421,
title = {Spatial Mapping of Powder Layer Density for Metal Additive Manufacturing via X-ray Microscopy},
author = {Ryan W. Penny and Patrick M. Praegla and Marvin Ochsenius and Daniel Oropeza and Christoph Meier and Wolfgang A. Wall and A. John Hart},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.13421},
year = {2021}
}