日前，來自美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一個研究團隊宣布，他們正在研究一項困擾著常見金屬3D打印技術的重大問題。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打印技術的應用。

 

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

 

　　據(jù)了解，基于PBF的3D打印技術在市場上有幾種形式，比如EOS的直接金屬激光燒結（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DMLS機器。

 

　　重要的新見解

 

　　當這個增材制造研究項目開始的時候，Mathews就雄心勃勃地期望獲得開創(chuàng)性的成果。他說這項研究“力求在基于金屬的增材制造領域進行前所未有的更多、更詳細的實驗研究。”而該研究團隊即將發(fā)表的文章也代表了他們在預測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度，但是同樣的工藝也可能導致空隙或毛孔，從而削弱該零部件。據(jù)天工社所知，這些缺陷的主要原因是金屬粉末的不完全融化，或者強烈的汽化所導致的“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。

 

　　與該研究相關的另外一個研究項目——LLNL的金屬增材制造加速認證項目——負責人Wayne King評論說：“如果我們想要將零部件投入關鍵應用，那么它們就必須符合質量標準。我們的項目主要專注于在科學的基礎上發(fā)展對于增材制造過程的理解，從而建立增材制造零部件質量的可信度。”

 

　　King也是這一新論文的共同作者之一，并參與了該項目的算法開發(fā)以解決3D打印金屬零部件的表面粗糙度、殘余應力、孔隙和微裂縫等問題。這個項目是在2015年3月與通用電氣（GE）合作開始的。America Makes為此提供了54萬美元的資金并且設定了18個月的成果交付時間。

 

　　GE公司首席研究員Bill Carter證實，該算法項目正在如期進行，其軟件將會在今年9月提供給America Makes成員。

 

　　一旦算法完成，他們將會在一種開源授權許可的條件之下將其公布出去。Matthews預期這將導致增材制造行業(yè)的更大飛躍。最終完成的軟件模型將能夠全面評估金屬粉末是如何形成一個熔池及其在固化之前的所有行為。King說：“這些模型將使金屬增材制造遠離經驗主義，并朝著更加科學的方向邁出一大步。”