飞溅对激光粉末床熔融3D打印材料影响的综合表征

粉末是SLM工艺中最重要的组成部分。了解粉体的形状、粉末流动、粒径分布、激光材料相互作用和粉体质量等粉体性能之间的关系很重要的。高能激光源根据设计文件选择性的熔化金属粉末，在激光-金属粉末的相互作用过程中，从熔池中喷出与焊接火花相似的明亮火焰，这其中可能含有未熔化、部分熔化和完全熔化的粉末微粒，被称为飞溅。飞溅可以根据不同的参数有不同的形态。飞溅主要有三个主要飞溅来源：熔池中的热效应、马兰戈尼效应和反冲压力，可以产生不同类型的飞溅形态。

飞溅可能难以避免的，并会对打印过程造成不利影响。溅出的粉末会造成缺陷，如缺乏融合、孔隙和氧化物包裹，当它进入光束路径时，会消耗大量能量。此外，橡胶刮刀可能会因再沉积的飞溅粉末而损坏，而这些飞溅粉末会导致加工部件形成夹杂，从而降低材料机械性能。此外，由于喷溅粉含氧量高，形状不规则，使粉末的质量和循环使用次数减少。

来自都柏林城市大学的研究人员在Materials & Design发表了题为“A comprehensive characterization of the effect of spatter powder on IN939 parts fabricated by laser powder bed fusion”的文章。该研究的重点是对IN939原始粉末和飞溅粉末进行综合表征，以及一定量的飞溅粉末对L-PBF工艺制造的IN939零件质量的影响。

飞溅对激光粉末床熔融IN939合金影响的综合表征

在Lpbf过程中飞溅的形成。扫描电镜图像：(a)原始粉末(c)飞溅粉。BSE-EM图像：(b)原始粉和(d)飞溅粉的抛光截面

 (a)粉体的粒径分布、(b)圆周性(c)长宽比和(d)凸性图

纳米硬度轮廓图:(a)未加工的粉末,(b)飞溅的粉末,(c)原始样品(d)混合粉末样品,以及(e)纳米硬度,还原模块和显微硬度值

5mmXZ平面的表面粗糙度分布图

品的显微结构

研究发现，在飞溅粉末中观察到褐色的Al2O3氧化物、孔隙，平均颗粒尺寸增加124.4%，粉末圆形度降低10.2%，粉末纵横比降低7.5%。此外，飞溅粉末获得了更高的平均晶粒尺寸和更低的纳米硬度。为了了解一定量的飞溅粉末对零件质量的影响，将重量10 %的飞溅粉末与原始粉末混合，发现这种添加降低了粉末的流动性。此外，这种添加使制造样品的相对密度降低了约0.3%，表面粗糙度增加了约80.8%。另一方面，尽管飞溅粉末的加入使平均晶粒尺寸增加了30.2%，但样品之间的微观结构、织构、显微硬度和纳米硬度没有显著差异。

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