日前，來自美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)宣布，他們正在研究一項(xiàng)困擾著常見金屬3D打印技術(shù)的重大問題。據(jù)悉，他們的發(fā)現(xiàn)將發(fā)表在8月份的《Acta Materialia》，并有可能加快3D打印技術(shù)的應(yīng)用。

Ibo Mathews是LLNL的一位首席研究員和這項(xiàng)研究項(xiàng)目的合著者。Mathews是在麻省理工學(xué)院(MIT)完成的實(shí)驗(yàn)性凝聚態(tài)物理博士學(xué)位，在隨后的十年里他大部分時(shí)間都在著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室里度過的。他擁有數(shù)項(xiàng)專利，其中包括激光誘導(dǎo)氣體等離子加工等。他最近研究重點(diǎn)集中在一項(xiàng)使用很廣泛的3D打印技術(shù)上，這項(xiàng)技術(shù)就是粉床融熔(PBF，powder bed fusion)。

Ibo Mathews(左)在調(diào)整一個(gè)4KW的激光器

據(jù)了解，基于PBF的3D打印技術(shù)在市場(chǎng)上有幾種形式，比如EOS的直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、Arcam的電子束熔融(EBM)、SLM Solutions的多光束選擇性激光熔融(SLM)等。像Stratasys在其德州Austin的合同制造工廠里就有很多臺(tái)DMLS機(jī)器。

重要的新見解

當(dāng)這個(gè)增材制造研究項(xiàng)目開始的時(shí)候，Mathews就雄心勃勃地期望獲得開創(chuàng)性的成果。他說這項(xiàng)研究“力求在基于金屬的增材制造領(lǐng)域進(jìn)行前所未有的更多、更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究。”而該研究團(tuán)隊(duì)即將發(fā)表的文章也代表了他們?cè)陬A(yù)測(cè)和最小化金屬增材制造零部件無效缺陷和表面粗糙度方面的最新見解。

眾所周知，在增材制造金屬零部的過程中的快速加熱和使用激光生成的高溫能夠提高零部件的強(qiáng)度，但是同樣的工藝也可能導(dǎo)致空隙或毛孔，從而削弱該零部件。這些缺陷的主要原因是金屬粉末的不完全融化，或者強(qiáng)烈的汽化所導(dǎo)致的“鎖眼型”熔化。

激光功率、光束尺寸、掃描速度和開口間距(hatch spacing)——這些統(tǒng)稱為掃描策略，是用于確定最終的孔隙度和孔隙的存在的所有變量。

與該研究相關(guān)的另外一個(gè)研究項(xiàng)目——LLNL的金屬增材制造加速認(rèn)證項(xiàng)目——負(fù)責(zé)人Wayne King評(píng)論說：“如果我們想要將零部件投入關(guān)鍵應(yīng)用，那么它們就必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。我們的項(xiàng)目主要專注于在科學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展對(duì)于增材制造過程的理解，從而建立增材制造零部件質(zhì)量的可信度。”