让每个镜头,都记录精彩原标题：顶刊《Acta Materia》原位高速高能X射线揭示AM过程中粉末瞬时飞溅的机理
激光天地导读：粉末飞溅是铺粉激光增材制造（LPBF）过程中的一个重要缺陷。粉末飞溅的产生导致产品质量不稳定。无论是采用传统的表征手段还是采用模拟仿真的手段，都很难对其进行有效的研究。可以这样说，到目前为止，人们仍然没能完全理解掌握增材制造过程中粉末飞溅形成的详细的动力学机制。本文则报道了采用原位高速高能X射线影像技术来揭示LPBF过程中的粉末飞溅的瞬时动力学机制。本文为大家展示了粉末运动的动力学机制随时间、环境压力和位置变化的关系。由于金属气体冲击/羽毛化和保护气体如氩气的流速所导致的粉末飞溅的移动速度、加速度和驱动力的变化等均进行了量化研究。同时还绘制了一个示意图来描述粉末运动的动力学机制随时间和压力变化的关系。基于实验研究所得到的结果得出的粉末运动动力学机制，还提出一个用可能用来消除或减轻LPBF增材制造过程中粉末飞溅的措施。
该论文发表在材料学顶刊《Acta Materialia》上。论文首页截图如下：
论文的Graphical abstract
铺粉式激光增材制造（LPBF）可以说是目前金属增材制造的主流技术之一。然而，由于LPBF制造过程中不可避免的存在的缺陷会降低产品性能和造成产品质量不稳定，从而限制了LPBF技术在工业中更为广泛和深入的应用。一个显著的缺陷就是粉末飞溅。为此，人们花了很大的代价来研究粉末的飞溅过程。
粉末飞溅过程的模拟图来自参考文献1
真空条件下激光头不运动进行熔化时粉末熔化和气化的X射线瞬时动态图
随时间和环境气压变化时粉末飞溅飞溅行为示意图
采用可见光拍照技术是研究粉末飞溅常用的原位分析技术。液相的飞溅和热粉末的飞溅相对比较容易被可见光所捕捉。因此，粉末飞溅中的尺寸、数量和运动轨迹均可实现量化。冷的粉末飞溅在借助外部光源（如激光、W灯）的照射也可以实现量化。然而，由于液相和固态材料在同一分辨率条件下，两者的亮度差别比较大，导致很难同时对其两者进行捕获。另外一大挑战就是采用可见光进行LPBF的在线监测的时候，金属对可见光来说是不透明的，这就导致熔池和塌陷区不能被观察到。因为飞溅产生于熔池，不能直接观察到熔池。这对分析粉末飞溅的产生机制造成了巨大的障碍。
左：环境气压变化时同一厚度粉末层厚时粉末飞溅运动图；右：气压为1atm时单道扫描时的粉末飞溅X射线影像图
光学高温计和红外摄像技术已经被用来研究粉末的飞溅行为。但使用以上技术存在的巨大的挑战就是该技术存在空间分辨率低和时间上的分辨率也低的缺点。目前公开报道的最好的研究结果是可以粗略的量化其尺寸和速度、另外一大挑战就是低温粉末飞溅（如冷的固态粉末飞溅）由于低的热辐射而难以采用热成像相机来捕获。因此，热成像技术不能用来探测到粉末飞溅的全部行为。还有一个问题就是热成像技术，如可见光热成像技术，其热探头并不能探测到粉末床表面层以下的温度。
由于金属蒸汽作用造成的有棱角的粉末粒子飞溅速度的 量化结果
模拟仿真技术也曾被用来研究粉末的飞溅行为。人们采用模拟仿真来研究Marangon流体和气体反冲力对液体从熔体中飞溅出来的过程。该模拟反应了反冲气压的作用，但没能考虑金属蒸汽的作用。最近，气体流动如Ar的流动进行的二维模拟，该模型中没把粉末考虑在内。该模拟由于金属蒸汽流和氩气流动以及复杂飞溅过程中的物理过程所造成的粉末飞溅和粉末运动的内在机制，仍然是一个非常巨大的挑战。
尽管已经有大量的工作来揭示LPBF过程中粉末飞溅的机理，但粉末飞溅过程中的详细的机理仍没能被完全标准和得到充分的理解，其原因是：(1)飞溅开始发生的动力学机理没能得到揭示；(2)环境气压对粉末飞溅所造成的影响没能得到充分理解；(3)全部粒子（冷、热粒子）飞溅的详细的动力学机制没能得到诠释。
粉末飞溅时对AlSi0Mg样品形成缺陷的影响
本文则为大家详细报道了LPBF熔化过程中的粉末的飞溅机制。在LPBF过程中粉末飞溅的瞬时动力学机制随着时间、环境压力和位置的变化也给出了解释和揭示。同时还绘制了一个粉末飞溅的示意图。由于时间和气压造成的粉末飞溅的速度、加速度和驱动力的变化等也进行了量化。并提出了一种可以用来减轻LPBF过程中粉末飞溅的措施。
论文来源：Transient dynamics of powder spattering in laser powder bed fusion additive manufacturing process revealed by in-situ high-speed high-energy x-ray imaging[J].Acta Materialia
Volume 151, 1 June 2018, Pages 169-180,https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.03.036,第一作者：Qilin Guo；通讯作者：Lianyi Chen 。
参考文献1:Saad A. Khairallah, Andrew T. Anderson, Alexander Rubenchik, Wayne E. King：Laser powder-bed fusion additive manufacturing: Physics of complex melt flow and formation mechanisms of pores, spatter, and denudation zones [J] Acta MaterialiaVolume 10815 April 2016Pages 36-45,