Understanding keyhole induced-porosities in laser powder bed fusion of aluminum and elimination strategy

锁孔 材料科学 融合 多孔性 体积热力学 激光器 金属粉末 选择性激光熔化 复合材料 金属 金属泡沫 制作 粉末冶金 微观结构 惯性约束聚变 激光功率缩放 冶金
作者
Liping Guo,Hongze Wang,Hanjie Liu,Yuze Huang,Qianglong Wei,Chu Lun Alex Leung,Yi Wu,Haowei Wang
出处
期刊:International Journal of Machine Tools & Manufacture [Elsevier]
卷期号:184: 103977-103977 被引量:92
标识
DOI:10.1016/j.ijmachtools.2022.103977
摘要

Laser powder bed fusion (LPBF) technology has the potential to revolutionize the fabrication of complex metal components in the aerospace, medical, and automotive industries. However, keyhole pores may be induced during the rapid laser-metal interaction (∼10−5 s) of the LPBF. These inner porosities can potentially affect the mechanical properties of the fabricated parts. Here, based on the experimentally observed keyhole-penetration pore (KP-pore) led by the keyhole splitting of the molten pool in LPBF, a multi-physics finite volume model was established to reveal this mechanism, where keyhole pores were formed under the direct contact of keyhole and solid metal substrate, which is different from the previously reported gas–liquid interaction. The formation mechanisms of the KP-pore, rear-front pore (RF-pore), and rear pore (R-pore) could be attributed to different keyhole fluctuation modes. The effects of the powder on the characteristics of the keyhole, molten pool, and pore formation were explored. The increased pore counts and decreased size were owing to the powder-promoting keyhole and molten pool oscillation. In addition, a relationship map between the input energy density and pore number was built via a high-throughput simulation, providing a strategy to reduce or remove the pores in laser powder bed fusion.
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