ORNL控制先進(jìn)的3D打印質(zhì)量研究過(guò)程

當(dāng)你使用3D打印的時(shí)候，你會(huì)期望你在電腦屏幕上看到的圖像會(huì)在3D打印機(jī)上完美地重現(xiàn)。但情況并非總是如此，尤其是涉及到更為復(fù)雜的工業(yè)金屬打印時(shí)。要完全控制3D打印對(duì)象所具有的材質(zhì)屬性是很困難的。

人們錯(cuò)誤地認(rèn)為打印的東西和設(shè)計(jì)的東西是一樣的，由于多種加熱、融化和冷卻原材料，這些都是相互關(guān)聯(lián)的，而且本質(zhì)上是相互依賴的，打印出的物品涉及到一種非常復(fù)雜的材料變化。

復(fù)雜的3D打印過(guò)程會(huì)影響諸如孔隙度、缺陷結(jié)構(gòu)和非均勻微觀結(jié)構(gòu)等因素，這些都是影響零件最終性能的重要因素。如果任何東西都有一點(diǎn)點(diǎn)偏離，那最終得到的就不會(huì)像電腦上看到的一樣。當(dāng)涉及航空航天應(yīng)用中使用的關(guān)鍵部件時(shí)，性能、材料、大小絕對(duì)是絲毫不差的，因此必須對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行全面的測(cè)試和檢查。這增加了生產(chǎn)成本，限制了原材料制造的實(shí)際價(jià)值。

3D打印零件，過(guò)程是漫長(zhǎng)和昂貴的，如果零件的幾何形狀發(fā)生變化，整個(gè)過(guò)程必須重新開(kāi)始，以得到新的幾何形狀。為了在工業(yè)應(yīng)用中廣泛使用的原材料制造技術(shù)，為ORNL的制造演示設(shè)備提供線索。ORNL需要證明這一過(guò)程的能力，而不是單個(gè)零件。原材料制造的另一個(gè)主要挑戰(zhàn)是殘余應(yīng)力和變形，在處理過(guò)程中，這些復(fù)雜的熱循環(huán)會(huì)產(chǎn)生大量的內(nèi)部殘余應(yīng)力，并且在一定程度上可能會(huì)有很大的變化，最終表現(xiàn)為扭曲。

有一種有效檢測(cè)殘余應(yīng)力和缺陷的方法是通過(guò)中子分析在ORNL的高通量同位素反應(yīng)堆和Spallation中子源中檢測(cè)。這個(gè)過(guò)程可以在一個(gè)大的組件中顯示出扭曲和孔隙度，而不需要把這個(gè)組件分開(kāi)。中子可以很容易地通過(guò)金屬，可以在一個(gè)制造樣本中看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特征。

為了充分利用信息中子分析提供的優(yōu)勢(shì)，研究人員需要徹底監(jiān)測(cè)產(chǎn)生零件的條件。紅外線攝像機(jī)記錄了光束擊中金屬粉末時(shí)的精確溫度，而其他儀器則監(jiān)測(cè)打印室內(nèi)的壓力，打印表面的粗糙度，以及電源供應(yīng)的變化，以及其他的信息。ORNL已經(jīng)創(chuàng)建一項(xiàng)開(kāi)源軟件工具組合，幫助用戶更好地了解添加劑制造流程的細(xì)微差別。這些工具可以用來(lái)證明機(jī)器是按預(yù)期運(yùn)行的，并且生產(chǎn)出高質(zhì)量的部件。一個(gè)跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)還通過(guò)結(jié)合材料科學(xué)、制造、數(shù)據(jù)分析、傳感、建模、高性能計(jì)算和中子科學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，將物理現(xiàn)象和過(guò)程結(jié)果聯(lián)系起來(lái)，從而將數(shù)據(jù)分析結(jié)果與背景相結(jié)合。

ORNL的目標(biāo)是檢查已得出的數(shù)據(jù)并找到將導(dǎo)致其類(lèi)型的缺陷，微觀結(jié)構(gòu)或?qū)傩缘囊幌盗惺录�，能自�?dòng)捕捉到這些信息，并將其輸出為質(zhì)量指標(biāo)。這個(gè)過(guò)程可以讓3D打印部件在關(guān)鍵的應(yīng)用程序中使用，從而深入分析每一個(gè)可以直接投入服務(wù)的3D打印部件，這些部件是“天生合格的”。

來(lái)源：中關(guān)村在線