已捕获：激光粉末床熔融工艺中熔滴尺寸、形状及沉积位置的超高精度测量数据

《Additive Manufacturing》：Captured: High-fidelity measurements of spatter sizes, shapes, and landing sites within a laser powder bed fusion machine

　　

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  采用了一种新方法来收集飞溅颗粒，以便进行高精度分析。
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  200微米的飞溅颗粒传播距离比预期更远，可达到距零件150毫米处。
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  与普遍假设不同，所有200微米的飞溅颗粒都是非球形聚集体。
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  飞溅颗粒的落点浓度$>$与$>$3微米的落点浓度存在关联。

章节摘要

引言与背景

金属激光粉末床熔融技术（PBF-LB/M）是一种用于航空航天、国防和医疗行业的增材制造工艺[3]，但该工艺仍常常无法生产出无缺陷的部件。其中一些缺陷是由打印过程中产生的飞溅颗粒造成的，如图1所示。多项先前的研究[1]、[2]、[4]、[5]、[6]已表明，飞溅颗粒与孔隙率之间存在关联，因此备受关注。

研究方法

第2.1节介绍了打印参数。第2.2节阐述了如何在打印过程中使用金属板捕获飞溅颗粒，我们将其称为“飞溅捕获板（SCP）”。第2.3节介绍了如何利用卷积神经网络处理飞溅捕获板的图像，以识别其中的飞溅颗粒。第2.4节说明了用于测量CNN识别的飞溅颗粒的算法。第2.5节则介绍了所使用的评估指标。

结果与讨论

第3.1节分析了所捕获飞溅颗粒的形态、尺寸和颜色。在可能的情况下，这些结果还会与先前研究的结果进行对比，以此体现本研究成果的通用性。第3.2节展示了不同尺寸的飞溅颗粒在构建区域内的分布情况，以及这对工艺监控技术的意义。最后，第3.3节通过运用非球形阻力定律，整合了前两节的研究结果。

结论与建议

本研究分析了在EOS M290 PBF-LB/M设备上打印镍基超合金625单层材料过程中所产生的飞溅颗粒。研究使用涂有胶水的金属板作为捕获装置，覆盖整个构建区域，从而能够保留颗粒在最初的落点位置。这种捕获方法使得能够高精度地测量颗粒的尺寸、形态和落点位置，而此前还从未有过如此详细程度的同步测量。

作者贡献说明

尼古拉斯·奥布莱恩：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、软件应用、研究方法、实验设计、概念构思。乔丹·韦弗：写作——审阅与编辑、项目指导、资源协调、研究方法、概念构思。萨特比尔·辛格：写作——审阅与编辑、项目指导、概念构思。杰克·博伊斯：写作——审阅与编辑、项目指导、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明存在以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益或个人关系：尼古拉斯·奥布莱恩表示其研究得到了美国陆军研究实验室的财政支持。其他作者则声明自己不存在任何可能影响本文所述研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

部分研究工作得到了陆军研究实验室的资助，相关研究是在编号为W911NF-20-2-0175的合作协议下完成的。本文档中的观点和结论仅代表作者个人观点，不应被理解为代表了陆军研究实验室或美国政府的官方立场或政策。尽管存在某些规定，美国政府仍有权为政府用途复制和分发相关内容。

尼古拉斯·奥布莱恩|乔丹·韦弗|萨特比尔·辛格|杰克·博伊斯