Controlling process instability for defect lean metal additive manufacturing

聚结(物理) 材料科学 分手 纳米颗粒 激光器 过程(计算) 不稳定性 机械 纳米技术 计算机科学 光学 物理 天体生物学 操作系统
作者
Minglei Qu,Qilin Guo,Luis I Escano,Ali Nabaa,S Mohammad H Hojjatzadeh,Zachary A Young,Lianyi Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28649-2
摘要

The process instabilities intrinsic to the localized laser-powder bed interaction cause the formation of various defects in laser powder bed fusion (LPBF) additive manufacturing process. Particularly, the stochastic formation of large spatters leads to unpredictable defects in the as-printed parts. Here we report the elimination of large spatters through controlling laser-powder bed interaction instabilities by using nanoparticles. The elimination of large spatters results in 3D printing of defect lean sample with good consistency and enhanced properties. We reveal that two mechanisms work synergistically to eliminate all types of large spatters: (1) nanoparticle-enabled control of molten pool fluctuation eliminates the liquid breakup induced large spatters; (2) nanoparticle-enabled control of the liquid droplet coalescence eliminates liquid droplet colliding induced large spatters. The nanoparticle-enabled simultaneous stabilization of molten pool fluctuation and prevention of liquid droplet coalescence discovered here provide a potential way to achieve defect lean metal additive manufacturing.
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