在激光粉末床融合中的流體和粒子動力學(xué)中，研究人員通過檢查激光床和粉床相互作用，創(chuàng)建了單線和島掃描期間去除粉末區(qū)域的圖像。

研究讓科學(xué)家們對PBF過程有了進(jìn)一步的了解，很明顯它比以前認(rèn)識到的更具動態(tài)性，并且包括功率和附聚物之間的大量運(yùn)動（由激光誘導(dǎo)的金屬蒸汽和熔池上方的等離子體驅(qū)動）。在粉末床內(nèi)和上方。以前，圖像是通過雷尼紹AM250 3D打印機(jī)記錄的，但激光和粉末顆粒無法分辨。然而，其他圖像序列用于發(fā)現(xiàn)粉末區(qū)域過熱，然后是缺陷。

開放式架構(gòu)PBF系統(tǒng)的示意圖，其中包括對高速成像和紋影成像的修改?？茖W(xué)家們使用開放式結(jié)構(gòu)PBF系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場測量，提供完全密集組件的自動構(gòu)建。電腦提供了構(gòu)建板在層之間的垂直移動、硅繩粉末涂布機(jī)的運(yùn)動、激光照射和掃描和靈活性可用于激光功率和速度。

該系統(tǒng)提供高分辨率成像以及在粉末床中和使用多層構(gòu)建期間熔化單個軌道的能力。

研究人員說：“對有機(jī)玻璃屏蔽室的頂面和端面進(jìn)行了微小的修改，以便將觀察窗納入其中。對于粉末床的頂視圖，添加了由紅外吸收KG玻璃制成的直徑50毫米的窗戶?！?

使用激光功率掃描單個軌道（從左到右掃描方向）時的側(cè)視圖和俯視圖的高速圖像，掃描速度為（a）和（b）50 W和0．1 m ／ s；（c）和（d）100W和0．5m ／ s以及（e）和（f）200W和1m ／ s。插圖是熔池形狀的示意圖，其決定了激光羽流方向。所有數(shù)字的視頻都包含在補(bǔ)充材料中。

該團(tuán)隊(duì)將攝像機(jī)插入傾斜臺，改變了粉床區(qū)域，這意味著可以掃描和成像幾個區(qū)域。然后他們在PBF熱效應(yīng)期間模仿氣體和等離子體動力學(xué)前進(jìn)。對于熱力學(xué)，使用能量平衡來解釋從導(dǎo)電到對流輻射的所有類型的熱傳遞。

溫度升高會在掃描島形成等離子體密度和粉末團(tuán)聚體。凝聚物也會受到激光羽流引起的流動的影響，它們可以被拉回到熔化的軌道中，可能會增加產(chǎn)生孔隙的可能性，或者噴射到大氣中，如果它們與激光充分相互作用則產(chǎn)生大的熔化珠子梁，熱氣體或兩者的結(jié)合。

（上）計(jì)算50，100和200 W激光功率的溫度場。（底部）快速激光羽流的計(jì)算速度表面圖，箭頭表示它引起的較慢的大氣氣流。

激光羽流首次從熔池中向前運(yùn)動，其他研究已經(jīng)對這種情況進(jìn)行了評論，因?yàn)橐旱蚊撾x。該團(tuán)隊(duì)還認(rèn)為，前進(jìn)動議是針對PBF的。

綜合結(jié)果表明，惰性氣體和激光羽流是造成熱量，質(zhì)量和動量傳遞的組成部分。科學(xué)家們總結(jié)道：“它們在數(shù)值模型中對該過程的優(yōu)化至關(guān)重要，它們可以識別導(dǎo)致減少剝蝕的參數(shù)集，對交叉流動下觀察羽流和顆粒均勻提取至關(guān)重要，其具有足夠的動量以防止床被噴射的顆粒污染。在工藝規(guī)劃過程中考慮水動力現(xiàn)象可以提高整體建造質(zhì)量，并限制噴射的蒸汽和顆粒的不利影響。”