供稿人:楊坤 湯慧萍 發(fā)布日期：2017-12-31
眾所周知，金屬3D打印過程中，通常會出現(xiàn)氣孔、熔合不良等缺陷，由于電子束或激光束與粉末的交互作用過快，現(xiàn)有的觀察手段難以實現(xiàn)對金屬3D打印中缺陷的形成過程進行監(jiān)控，從而無法準確判斷缺陷的形成原因。
最近，由美國阿貢國家實驗室的研究團隊對金屬3D打印件的結(jié)構(gòu)缺陷進行了研究，預(yù)期找到導(dǎo)致這些缺陷形成的常見原因。他們的研究成果已經(jīng)發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上，題為“用高速X射線成像和衍射來實時監(jiān)控激光粉末床熔融過程”。
該研究利用了美國能源部科學(xué)最高最為先進的儀器-高強同步加速器X射線，能讓研究員實時研究整個激光熔融過程。研究人員表示：“激光與金屬的相互作用發(fā)生的很快。幸運的是，借助高速X射線儀器，我們能以每秒50,000幀的精度捕獲整個過程。我們可以逐幀研究生成的影像，以弄清楚材料的微觀結(jié)構(gòu)，特別是缺陷和孔隙是如何形成的。”
該研究觀察和量化了各種特征，如熔池的尺寸或形狀、粉末噴射量、固化和孔隙形成、不同階段之間的各種轉(zhuǎn)化等。使用不同的物理理論進行了分析計算，并且研究人員可以用X射線影像提供的細節(jié)來創(chuàng)建復(fù)雜的預(yù)測模型，然后用這些模型來重新設(shè)計3D打印過程，從而避免某些結(jié)構(gòu)缺陷。通過這種方式，研究人員可以更多地了解金屬3D打印，更好地提高這種技術(shù)的可靠性。
通過與美國各地的實驗室和研究機構(gòu)分享他們的結(jié)論和預(yù)測模型，該研究團隊不僅希望微調(diào)目前正在使用的3D打印技術(shù)，還希望能發(fā)現(xiàn)新的方法，探索新的可能性，開發(fā)出新的3D打印合金材料，讓打印變得更可靠。
除了改進和增加用于工業(yè)3D打印的材料外，該研究對最初的設(shè)計階段也有所幫助。對3D打印過程更好的了解意味著設(shè)計師不必花費太多時間來研究如何提高結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和可靠性，而只需考慮關(guān)鍵因素，這將大大簡化數(shù)字模型?！拔覀兊墓ぷ鞑粌H能幫助行業(yè)提高效率和性能，也讓金屬增材制造能被更廣泛地采用，”研究人員表示。