p Os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) deram um passo promissor para melhorar a confiabilidade das técnicas de impressão 3D de metal baseadas em laser medindo a emissão de elétrons da superfície do aço inoxidável durante o processamento a laser. p Os pesquisadores coletaram sinais de emissão termiônica de aço inoxidável 316L sob condições de fusão de leito de pó a laser (LPBF) usando um padrão, sistema de teste e um pré-amplificador de corrente que mede o fluxo de elétrons entre a superfície metálica e a câmara. Em seguida, eles usaram a emissão termiônica gerada para identificar a dinâmica causada pelas interações metal-laser. O jornal Materiais de Comunicação publicou o trabalho online em 27 de novembro.

p A equipe disse que os resultados ilustram o potencial do sensoriamento de emissão termiônica para detectar fenômenos movidos a laser que podem causar defeitos nas peças, otimize os parâmetros de construção e aprimore o conhecimento do processo LPBF ao mesmo tempo em que complementa os recursos de diagnóstico existentes. Os pesquisadores disseram que a capacidade de capturar a emissão térmica de elétrons ajudará a avançar a compreensão básica da dinâmica de interação laser-material envolvida no processo LPBF e apoiar a comunidade de maturação de tecnologia mais ampla na construção de confiança em peças criadas usando a técnica.

p "A produção de peças sem defeitos é um grande obstáculo para a adoção comercial generalizada de manufatura aditiva de metal (AM), "disse o investigador principal Aiden Martin." Os pesquisadores do LLNL têm abordado este problema desenvolvendo processos e ferramentas de diagnóstico para melhorar a confiabilidade do metal AM. Essa nova metodologia complementa essas ferramentas de diagnóstico existentes para aumentar nossa compreensão do processo de impressão 3-D. Nossas próximas etapas são expandir essa tecnologia em um sensor operando em um sistema LPBF em escala real para aumentar a confiança na qualidade das peças construídas. "

p Os pesquisadores disseram que embora uma pesquisa significativa tenha sido feita para entender e medir como as peças são impressas com LPBF por meio de imagens ópticas, Radiografias de raios-X ou medição de emissões de sinais térmicos ou acústicos, emissão termiônica foi negligenciada. Mas, ao observar e analisar os elétrons emitidos durante o processamento do laser, Os pesquisadores de laboratório demonstraram que podem vincular os aumentos na emissão termiônica à temperatura da superfície e às condições de varredura a laser que causam a formação de poros e defeitos nas peças.

p Por meio de dados experimentais e simulação, pesquisadores relataram que o sinal de emissão termiônica aumentou exponencialmente, e a profundidade da poça de fusão aumentou linearmente, com densidade de energia local, demonstrando a "dependência crítica" da temperatura da superfície do metal nas emissões termiônicas e a utilidade do uso de sinais termiônicos como forma de otimizar o foco do laser em LPBF.

p "A emissão de elétrons na fabricação de aditivos de metal tem sido geralmente negligenciada pela comunidade, e ficamos entusiasmados em observar sua extrema sensibilidade às condições do processo, "disse o primeiro autor e engenheiro do LLNL, Phil DePond.

p As observações da equipe revelaram que a formação de plasma durante o processo LPBF, que eles atribuíram anteriormente à ionização do metal vaporizado pelo feixe de laser, também pode ser causada pela ejeção de elétrons da superfície do metal para a atmosfera do gás argônio e interagindo com o laser.

p Os pesquisadores disseram que a alta sensibilidade da emissão termiônica à temperatura e morfologia da superfície permite determinar o ponto de transição exato entre a condução e a formação do buraco da fechadura, o que resulta na formação de poros em partes. Eles concluíram que os resultados mostram que os sinais termiônicos podem ser usados ​​de forma eficaz com os métodos tradicionais de coleta e processamento de dados LPBF, melhorar o conhecimento científico das interações laser-material e identificar onde podem surgir defeitos.

p Mais amplamente, o trabalho "representa um passo importante para o estabelecimento de capacidades eficazes de monitoramento in situ que podem acelerar a qualificação e certificação dos componentes LPBF, "disse o co-autor e Líder do Grupo de Ciência de Interação de Material Laser, Manyalibo" Ibo "Matthews.