金属3D打印部件缺陷的原因

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL），SLAC国家加速器实验室（SLAC）和艾姆斯实验室的科学家正在研究X射线成像，以检查激光粉末床融合过程中的金属部件。该研究论文是实验室之间合作的一部分，旨在确定金属3D打印部件缺陷的原因，并了解如何减轻这些缺陷。

为了实施该项目，LLNL研究员Nick Calta及其团队设计了一种便携式诊断机，能够使用X射线成像探测金属3D打印过程。该机器最终帮助研究人员对金属添加剂制造工艺有了新的见解。 “绝大多数诊断使用可见光，这些非常有用，但也仅限于分析零件的表面，”Calta解释说。“如果我们真的要理解这个过程并看到导致瑕疵的原因，我们需要通过这个样本进行探测。这个仪器允许我们这样做。“

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员（左起）

实验室之间的多年合作伙伴关系由能源部（DOE）的能源效率和可再生能源（EERE）先进制造办公室提供资金。 SLAC和AMES都是DOE实验室，LLNL也主要由联邦机构资助。实验室之间的合作是美国能源部国家实验室大创意峰会（BIS）的一个分支。

大创意峰会 照片来自美国能源部

使用X射线成像识别金属AM部件中的孔隙

“成功将更多地了解物理学，让我们修改过程以避免缺陷，到目前为止，我们的结果很有希望。我们希望继续优化仪器并将其应用于不同的材料系统。我们已经拥有了大量基于光学数据的知识，这使我们能够分支出来并补充这些知识。“

EOS 3D打印机上激光粉末床熔合（LPBF）添加剂制造工艺的一个例子 通过EOS拍照

LLNL物理学家Ibo Matthews表示，观察熔池的层形成过程以及X射线图像与模拟的比较的能力已经证实了先前做出的预测。这些预测激光的路径，热量积聚和激光产生的气体羽流会在印刷部分产生缺陷，如毛孔，这会在受到压力时导致部件开裂。研究人员表示，通过建模和详细实验来编译缺陷知识可能有助于加速金属3D打印的改进。