Microscopische defecten die optreden bij de op laser gebaseerde productie van metalen onderdelen kunnen tot grote problemen leiden als ze niet worden opgemerkt, en het proces om deze gebreken te verhelpen kan de tijd en kosten van hightech fabricage doen toenemen. Maar nieuw onderzoek naar de oorzaak van deze gebreken zou tot een oplossing kunnen leiden.

Onderzoekers uit Missouri S&T, Argonne National Laboratory en de Universiteit van Utah hebben snelle röntgenfilms gemaakt van een fabricagefenomeen dat bekend staat als laserspatten. Laserspatten verwijst naar het uitwerpen van gesmolten metaal uit een zwembad dat wordt verwarmd door een krachtige laser tijdens op laser gebaseerde productieprocessen, zoals laserlassen en laser-additive manufacturing. Deze laserproductietechnologieën worden gebruikt om onderdelen te fabriceren voor gebruik in verschillende industrieën, inclusief ruimtevaart, de auto-industrie, zorg en bouw.

De onderzoekers beschrijven hun bevindingen in een vandaag gepubliceerde paper (vrijdag, 14 juni 2019) in het tijdschrift Fysieke beoordeling X .

Met behulp van röntgenbeeldvorming, de onderzoekers legden het spatgedrag vast van een titaniumlegering die bekend staat als Ti-6Al-4V tijdens de fabricage. Hun microscopische films onthullen "een nieuw mechanisme van laserspatten - de massale explosie van een tongachtig uitsteeksel" dat zich vormt in een deel van het metaal, zeggen de onderzoekers in hun paper, getiteld "Bulkexplosie veroorzaakte metaalspatten tijdens laserverwerking."

]"Het nieuw ontdekte mechanisme zal leiden tot de ontwikkeling van benaderingen om de vorming van defecten in lassen en additief vervaardigde onderdelen te verminderen, " zegt Dr. Lianyi Chen, assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek aan de Missouri S&T en een van de corresponderende auteurs van het artikel.

Chen werkte aan het onderzoek samen met het team van Dr. Tao Sun in het Argonne National Laboratory en het team van Dr. Wenda Tan aan de Universiteit van Utah. De groep creëerde de afbeeldingen door het gebruik van een hoogenergetische synchrotron-röntgenfoto in het Argonne National Lab, samen met beeldanalyse en numerieke simulaties. Onderzoekers van de Argonne-faciliteit gebruiken röntgenverstrooiingstechnieken om materialen te bestuderen.

"Het hoge penetratievermogen van harde röntgenstralen en de hoge resoluties van de beeldvormingstechniek stellen ons in staat, voor de eerste keer ooit, om het spatgedrag boven het oppervlak te verbinden met de dynamiek onder het oppervlak en in het titaniummonster, "zegt Chen.