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(guò)程中，通常會(huì)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(guò)快，現(xiàn)有的觀察手段難以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬3D打印中缺陷的形成過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，從而無(wú)法準(zhǔn)確判斷缺陷的形成原因。
最近，由美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)金屬3D打印件的結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行了研究，預(yù)期找到導(dǎo)致這些缺陷形成的常見(jiàn)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(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控激光粉末床熔融過(guò)程”。
該研究利用了美國(guó)能源部科學(xué)最高最為先進(jìn)的儀器-高強(qiáng)同步加速器X射線，能讓研究員實(shí)時(shí)研究整個(gè)激光熔融過(guò)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(yùn)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(gè)過(guò)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?！?/p>
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(jìn)行了分析計(jì)算，并且研究人員可以用X射線影像提供的細(xì)節(jié)來(lái)創(chuàng)建復(fù)雜的預(yù)測(cè)模型，然后用這些模型來(lái)重新設(shè)計(jì)3D打印過(guò)程，從而避免某些結(jié)構(gòu)缺陷。通過(guò)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(guò)與美國(guó)各地的實(shí)驗(yàn)室和研究機(jī)構(gòu)分享他們的結(jié)論和預(yù)測(cè)模型，該研究團(tuán)隊(duì)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(kāi)發(fā)出新的3D打印合金材料，讓打印變得更可靠。
除了改進(jìn)和增加用于工業(yè)3D打印的材料外，該研究對(duì)最初的設(shè)計(jì)階段也有所幫助。對(duì)3D打印過(guò)程更好的了解意味著設(shè)計(jì)師不必花費(fèi)太多時(shí)間來(lái)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(jiǎn)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。