Figura Imagens de raio-x de 1 MHz de respingos de metal de Ti-6Al-4V durante o processamento do laser. Quatro eventos podem ser extraídos. Nº do evento 01 (retângulos tracejados em azul celeste):uma saliência se forma na superfície superior e desce ao longo da parede frontal do buraco da fechadura, acompanhada pela morfologia do buraco da fechadura mudando de uma forma semelhante a J para uma forma semelhante a um triângulo reverso. Nº do evento 02 (retângulos tracejados roxos):A seguinte protuberância aparece, cresce, e colapsa em torno do centro horizontal do buraco da fechadura. Um minifuro no topo da saliência é delineado por uma curva tracejada amarela clara. Nº do evento 03 (setas azuis escuras):A curvatura local na parede traseira do buraco da fechadura muda. Nº do evento 04 (retângulos pontilhados e sólidos verdes claros):Forma de ligamentos derretidos, alongado, e se dividir em respingos (círculos tracejados em verde claro numerados SP01 – SP05). Um evento separado KP (retângulos sólidos em azul celeste) descreve a formação e o desaparecimento de um poro em forma de fechadura. O feixe de laser varre da esquerda para a direita, com tamanho de ponto de aproximadamente 80μm (1 / e2), potência de 210 W, e velocidade de digitalização de 500 mm / s. A taxa de quadros da imagem é 1,087 × 10 ^ 6 quadros por segundo, sincronizado com os pulsos de raios-x. Cada imagem individual é gerada por um único pulso de raio-X (largura de pulso de aproximadamente 100 ps). Todas as imagens mostradas aqui têm o fundo corrigido usando as imagens coletadas antes do derretimento a laser. O contraste é então invertido para destacar os eventos ao redor do buraco da fechadura. Imagens quadro a quadro, bem como ilustrações esquemáticas, estão documentadas nas Figs de Material Suplementar. S3 e S4 e Vídeo S2 [6].
Defeitos microscópicos que ocorrem na fabricação à base de laser de peças de metal podem levar a grandes problemas se não forem detectados, e o processo de consertar essas falhas pode aumentar o tempo e o custo da fabricação de alta tecnologia. Mas uma nova pesquisa sobre a causa dessas falhas pode levar a um remédio.
Pesquisadores do Missouri S&T, O Argonne National Laboratory e a University of Utah criaram "filmes" de raios-X de alta velocidade de um fenômeno de manufatura conhecido como respingos de laser. Respingos de laser referem-se à ejeção de metal fundido de uma piscina aquecida por um laser de alta potência durante processos de fabricação baseados em laser, como soldagem a laser e manufatura aditiva a laser. Essas tecnologias de fabricação a laser são usadas para fabricar peças para uso em uma variedade de indústrias, incluindo aeroespacial, a indústria automotiva, saúde e construção.
Os pesquisadores descrevem suas descobertas em um artigo publicado hoje (sexta-feira, 14 de junho 2019) no jornal Revisão Física X .
Usando imagens de raios-X, os pesquisadores capturaram o comportamento de respingos de uma liga de titânio conhecida como Ti-6Al-4V durante a fabricação. Seus filmes microscópicos revelam "um novo mecanismo de respingos de laser - a explosão em massa de uma protuberância em forma de língua" que se forma em uma região do metal, os pesquisadores dizem em seu artigo, intitulado "Respingos de metal induzidos por explosão em massa durante o processamento a laser."
] "O mecanismo recém-descoberto guiará o desenvolvimento de abordagens para mitigar a formação de defeitos em soldas e peças fabricadas aditivamente, "diz a Dra. Lianyi Chen, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial no Missouri S&T e um dos autores correspondentes do artigo.
Dra. Lianyi Chen, Professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial do Missouri S&T, em seu laboratório. Foto de Sam O’Keefe / Missouri S&T
Chen colaborou com a equipe do Dr. Tao Sun no Laboratório Nacional de Argonne e com a equipe do Dr. Wenda Tan na Universidade de Utah na pesquisa. O grupo criou as imagens por meio do uso de um raio-X síncrotron de alta energia no Argonne National Lab, juntamente com a análise de imagens e simulações numéricas. Os pesquisadores da instalação de Argonne empregam técnicas de espalhamento de raios-X para estudar materiais.
"O alto poder de penetração dos raios X duros e as altas resoluções da técnica de imagem nos permitem, pela primeira vez, para conectar o comportamento de respingos acima da superfície com a dinâmica abaixo da superfície e dentro da amostra de titânio, "Chen diz.
