美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)頭研究金屬3D打印件的結(jié)構(gòu)缺陷

最近，由美國(guó)能源部領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)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，以期找到導(dǎo)致這些缺陷形成的常見(jiàn)原因。研究團(tuán)隊(duì)由來(lái)自密蘇里科技大學(xué)、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員組成。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)辦公室最高科技的用戶設(shè)施之一——先進(jìn)光子源。這是一種基于強(qiáng)烈的同步加速器X射線的記錄設(shè)備，能讓研究員實(shí)時(shí)研究整個(gè)激光熔融過(guò)程。“激光與金屬的相互作用發(fā)生得很快。幸運(yùn)的是，借助先進(jìn)光子源提供的高速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�！�

研究人員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。使用各種物理理論和計(jì)算，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，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。“我們的工作不僅能幫助行業(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。

來(lái)源：天 工 社
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