显示SS粉末特征形态的扫描电镜图像：（a）形状不规则 ， 粉末A;（b）球形 ， 粉状B 。
4.3.未熔合
作为激光粉末床熔合增材制造中最常见的微观结构缺陷之一 ， LOF气孔可以作为裂纹起始点 ， 并大大降低打印件的疲劳寿命 。 如图43所示 ， 与通常为球形的气体截留孔隙不同 ， 它们相当大、不规则或细长 ， 内部可能有一些未熔化的颗粒 。 从根本上讲 ， LOF孔隙度的形成是由于上层熔池未充分渗透到先前沉积的层中 ， 或单个轨道未充分渗透至同一层上的相邻轨道 。 根据主导因素 ， 未熔合气孔可分为激光加工诱导气孔、不利粉末诱导气孔等 。
图43 蚀刻后的光学图像和示意图显示熔体池结构的解剖截面内缺乏融合孔隙 。
熔池之间的重叠不足 。 LOF孔隙的形成可从根本上归因于熔池的重叠不足 ， 因此与熔池的几何形状密切相关 。 在激光粉末床熔合增材制造中 ， 熔池形状受激光加工条件和粉末特性的影响 。 为了简单起见 ， 尽管熔池尺寸的变化将局部减少重叠 ， 但熔池形状被认为是不变的 。 如图44所示 ， W是熔池宽度 ， D是熔化后的总深度 ， H是填充间距 ， L是金属粉末的层厚 。 当舱口间距或层厚相对较大时 ， 由于熔池结构的重叠不足 ， 可能会形成缺乏熔孔 。 基于熔池结构的几何关系 ， Mukherjee等人提出了一种无维缺乏熔融指数 ， 当指数大于阈值时 ， 样品内部可能会形成LOF孔 。 对于Ti-6Al-4V ， 阈值为1.15 ， 对于CoCrMo合金 ， 其阈值为～1.5 ， 如图45（a）所示 。
图44 缺乏熔合孔隙的熔池结构的几何关系 。
图45 （a）根据光学图像估计的CoCrMo合金的LOF孔隙度 ， 作为穿透深度与层厚之比的函数 。 （b）与熔池尺寸相关的舱口间距和层厚处理图 。
激光处理引起的气孔 。 通过激光加工条件 ， 如激光功率和扫描速度 ， 熔池结构会发生显著变化 。 例如 ， 激光功率的增加往往导致更大的熔池和更高的重叠熔池结构 。 如图46（a）所示 ， 激光功率越高 ， 未熔合孔隙率越低 。 然而 ， 由于小孔和熔池动力学 ， 即使在相同的体积能量密度下 ， 熔池形状和尺寸也会发生很大变化 ， 这会影响LOF孔隙度 ， 如图46（b）所示 。
图46（a）根据光学图像估计的CoCrMo合金的未熔合孔隙度与激光功率的关系 。 （b）不锈钢在相同激光能量密度但不同激光功率和扫描速度组合下的相对密度 。
粉末引起的不良孔隙度 。 来自原料或溅射过程的不利粉末颗粒可能是LOF孔隙度的另一个来源 。 例如 ， 当激光扫描粉末层时 ， 会生成一些较大且不规则的簇 ， 如图47所示 。 这些颗粒的成分、微观结构和形貌与原料不同 。 当它们落回到粉末床上时 ， 在另一层粉末铺开后 ， 这些不利颗粒周围可能会有一些间隙 。 当激光熔化完成时 ， 这些间隙可能会变成LOF孔隙 ， 并留在零件内部 。 与激光加工条件引起的LOF孔隙度不同 ， 此处的孔隙主要由粉末的不利特性决定 ， 因此可以称为粉末诱发的LOF孔隙 。
图47扫描电子显微镜下的大颗粒和不规则颗粒 。
4.4.匙孔孔隙度
在小孔模式熔化期间 ， 材料迅速蒸发 ， 形成一个称为蒸汽抑制区或小孔的空腔 。 根据局部熔池动力学和凝固行为 ， 从小孔中夹出的气泡可能会在凝固后逸出或留在内部 ， 成为截留的小孔孔隙 。 值得注意的是 ， 并非所有的小孔模式熔化活动都会导致小孔孔隙度 。 因此 ， 小孔孔隙度形成背后的具体机制很重要（图48） 。
图48激光熔炼中小孔气孔形成机制示意图 。
样品的SRμT图像（a-c）揭示了在冶金研究期间锁孔模式激光熔化过程中形成的孔隙率（d） 。 图像（a）显示了三维空隙分布 ， 每个空隙都以紫色显示 。 图像（b）显示了沿激光轨道三个位置的样品的一系列2D横截面 。 蒸气腔的不完全坍塌在激光束之后留下空隙 ， 这在（a）-（c）中观察到 。
上图显示了从轨道上对样品进行SRμT研究的结果 ， 参数为：137 W激光功率 ， 188 mm / s扫描速度和D4σ = 52 μm 。 该样品被选择用于层析成像 ， 因为在金相学研究期间观察到锁孔模式激光熔化的存在如图4d所示 ， 图4a显示了紫色表示的空隙的三维分布 ， 图4b显示了在样品中沿激光轨道的不同位置拍摄的三个横截面的二维断层扫描图 。 图4b中的每个横截面具有不同的空隙分布 。 图4c示出了样品表面的三维渲染 。 蒸汽腔的不完全坍塌在激光束的尾随下留下空隙 ， 这在图4a–c中观察到 。 X射线层析成像以前曾用于表征不锈钢焊缝中的三维孔隙（麦迪逊和Aagesen ， 2012） 。 与麦迪逊等人在研究中发现的类似 ， 观察到样品中空隙的三维形态是各向异性的 ， 并且还发现样品中对整体孔隙率的主要贡献是由于少数空隙具有最大空隙体积 。
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