Neutronavbildning vid additiv tillverkning

Neutronavbildning avslöjar texturvariationer och dolda platser för brottytor vid additiv tillverkning

Laserpulverbäddfusion (LPBF) är en av de mest använda teknikerna för additiv tillverkning (AM), ofta kallad 3D-printning. I LPBF används en laser för att selektivt smälta områden av ett tunt pulverlager (pulverbädd) enligt en digital modell. Nya lager läggs sedan till och processen upprepas tills objektet är färdigt.

AM-tekniker utökar inte bara våra möjligheter att designa komponenter med komplexa former, utan öppnar också nya vägar för att skapa material med skräddarsydda mikrostrukturer och därmed mekaniska såväl som funktionella egenskaper. Den framgångsrika tillverkningen av komponenter av LPBF kräver noggrant urval av processparametrar (som laserkraft, skikttjocklek, etc.) och skanningsstrategier (laserstrålerörelse). Det har varit känt att skanningsstrategin kan påverka mikrostrukturen och texturen (dvs. preferentiell riktning av kristallkornen i materialet). Tidigare studier har dock i stort sett förbisett att olika skanningsstrategier oavsiktligt kan förändra den lokala mikrostrukturen och den preferentiella kristallriktningen över små ytor – vilket sannolikt kan tillskrivas en brist på lämpliga experimentella tekniker som fungerar över centimeter-stora delar.

Den aktuella forskningen avslöjar och förklarar denna effekt i delar tillverkade av 316L rostfritt stål, med en kombination av neutronavbildning, neutrondiffraktion och elektronbackscatter-diffraktion. Under ett dragtest på plats visar neutronavbildning att vad som verkar vara mindre förändringar i skanningsstrategin, kan ha betydande effekter på den mekaniska prestandan och avslöjar ställen där felen börjar. Forskarna framhåller också att deras manus kan fungera som en idealisk – men ändå utmanande – referens för tolkningen av neutron "Bragg edge imaging data" i allmänhet, genom att visa sambandet mellan uppmätta och simulerade data, polfigurer och EBSD på en aldrig tidigare skådad nivå av detalj, t.ex. gynnar framtida användare av framtida ODIN- och BEER-instrument vid ESS.

Publikation

1. Pacheco, V., Marattukalam, J. J., Karlsson, D., Dessieux, L., Van Tran, K., Beran, P., Manke, I., Kardjilov, N., Markötter, H., Sahlberg, M. & Woracek, R. On the relationship between laser scan strategy, texture variations and hidden nucleation sites for failure in laser powder-bed fusion. Materialia 26, 101614, https://doi.org/10.1016/j.mtla.2022.101614 (2022).

Kontakt: Martin Sahlberg