供稿人:杨坤 汤慧萍 发布日期：2017-12-31
众所周知，金属3D打印过程中，通常会出现气孔、熔合不良等缺陷，由于电子束或激光束与粉末的交互作用过快，现有的观察手段难以实现对金属3D打印中缺陷的形成过程进行监控，从而无法准确判断缺陷的形成原因。
最近，由美国阿贡国家实验室的研究团队对金属3D打印件的结构缺陷进行了研究，预期找到导致这些缺陷形成的常见原因。他们的研究成果已经发表在《Scientific Reports》杂志上，题为“用高速X射线成像和衍射来实时监控激光粉末床熔融过程”。
该研究利用了美国能源部科学最高最为先进的仪器-高强同步加速器X射线，能让研究员实时研究整个激光熔融过程。研究人员表示：“激光与金属的相互作用发生的很快。幸运的是，借助高速X射线仪器，我们能以每秒50,000帧的精度捕获整个过程。我们可以逐帧研究生成的影像，以弄清楚材料的微观结构，特别是缺陷和孔隙是如何形成的。”
该研究观察和量化了各种特征，如熔池的尺寸或形状、粉末喷射量、固化和孔隙形成、不同阶段之间的各种转化等。使用不同的物理理论进行了分析计算，并且研究人员可以用X射线影像提供的细节来创建复杂的预测模型，然后用这些模型来重新设计3D打印过程，从而避免某些结构缺陷。通过这种方式，研究人员可以更多地了解金属3D打印，更好地提高这种技术的可靠性。
通过与美国各地的实验室和研究机构分享他们的结论和预测模型，该研究团队不仅希望微调目前正在使用的3D打印技术，还希望能发现新的方法，探索新的可能性，开发出新的3D打印合金材料，让打印变得更可靠。
除了改进和增加用于工业3D打印的材料外，该研究对最初的设计阶段也有所帮助。对3D打印过程更好的了解意味着设计师不必花费太多时间来研究如何提高结构的质量和可靠性，而只需考虑关键因素，这将大大简化数字模型。“我们的工作不仅能帮助行业提高效率和性能，也让金属增材制造能被更广泛地采用，”研究人员表示。