日前，來(lái)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(jiàn)金屬3D打印技術(shù)的重大問(wèn)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(guò)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）。

 

　　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(jiàn)解

 

　　當(dāng)這個(gè)增材制造研究項(xiàng)目開(kāi)始的時(shí)候，Mathews就雄心勃勃地期望獲得開(kāi)創(chuàng)性的成果。他說(shuō)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(wú)效缺陷和表面粗糙度方面的最新見(jiàn)解。

 

　　眾所周知，在增材制造金屬零部的過(guò)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。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(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(kāi)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(shuō)：“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(guò)程的理解，從而建立增材制造零部件質(zhì)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(xiàng)目的算法開(kāi)發(fā)以解決3D打印金屬零部件的表面粗糙度、殘余應(yīng)力、孔隙和微裂縫等問(wèn)題。這個(gè)項(xiàng)目是在2015年3月與通用電氣（GE）合作開(kāi)始的。America Makes為此提供了54萬(wàn)美元的資金并且設(shè)定了18個(gè)月的成果交付時(shí)間。

 

　　GE公司首席研究員Bill Carter證實(shí)，該算法項(xiàng)目正在如期進(jìn)行，其軟件將會(huì)在今年9月提供給America Makes成員。

 

　　一旦算法完成，他們將會(huì)在一種開(kāi)源授權(quán)許可的條件之下將其公布出去。Matthews預(yù)期這將導(dǎo)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(píng)估金屬粉末是如何形成一個(gè)熔池及其在固化之前的所有行為。King說(shuō)：“這些模型將使金屬增材制造遠(yuǎn)離經(jīng)驗(yàn)主義，并朝著更加科學(xué)的方向邁出一大步。”