金屬3D打印部件缺陷的原因

勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL），SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室（SLAC）和艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家正在研究X射線成像，以檢查激光粉末床融合過程中的金屬部件。該研究論文是實(shí)驗(yàn)室之間合作的一部分，旨在確定金屬3D打印部件缺陷的原因，并了解如何減輕這些缺陷。

為了實(shí)施該項(xiàng)目，LLNL研究員Nick Calta及其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種便攜式診斷機(jī)，能夠使用X射線成像探測金屬3D打印過程。該機(jī)器最終幫助研究人員對金屬添加劑制造工藝有了新的見解。 “絕大多數(shù)診斷使用可見光，這些非常有用，但也僅限于分析零件的表面，”Calta解釋說?！叭绻覀冋娴囊斫膺@個(gè)過程并看到導(dǎo)致瑕疵的原因，我們需要通過這個(gè)樣本進(jìn)行探測。這個(gè)儀器允許我們這樣做?！?/span>

勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員（左起）

實(shí)驗(yàn)室之間的多年合作伙伴關(guān)系由能源部（DOE）的能源效率和可再生能源（EERE）先進(jìn)制造辦公室提供資金。 SLAC和AMES都是DOE實(shí)驗(yàn)室，LLNL也主要由聯(lián)邦機(jī)構(gòu)資助。實(shí)驗(yàn)室之間的合作是美國能源部國家實(shí)驗(yàn)室大創(chuàng)意峰會（BIS）的一個(gè)分支。

大創(chuàng)意峰會 照片來自美國能源部

使用X射線成像識別金屬AM部件中的孔隙

“成功將更多地了解物理學(xué)，讓我們修改過程以避免缺陷，到目前為止，我們的結(jié)果很有希望。我們希望繼續(xù)優(yōu)化儀器并將其應(yīng)用于不同的材料系統(tǒng)。我們已經(jīng)擁有了大量基于光學(xué)數(shù)據(jù)的知識，這使我們能夠分支出來并補(bǔ)充這些知識?！?/span>

EOS 3D打印機(jī)上激光粉末床熔合（LPBF）添加劑制造工藝的一個(gè)例子 通過EOS拍照

LLNL物理學(xué)家Ibo Matthews表示，觀察熔池的層形成過程以及X射線圖像與模擬的比較的能力已經(jīng)證實(shí)了先前做出的預(yù)測。這些預(yù)測激光的路徑，熱量積聚和激光產(chǎn)生的氣體羽流會在印刷部分產(chǎn)生缺陷，如毛孔，這會在受到壓力時(shí)導(dǎo)致部件開裂。研究人員表示，通過建模和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)來編譯缺陷知識可能有助于加速金屬3D打印的改進(jìn)。