LLNL公开金属3D打印过

虽然金属3D打印对制造业的影响非常大，但其并非没有缺点。许多设施正在投入大量资源，以确定金属3D打印部件出现缺陷的原因，以及如何阻止它们......劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的创新研究人员也对此进行了大量研究。去年冬天，LLNL与艾姆斯实验室和能源部SLAC国家加速器实验室的科学家合作，利用X射线研究金属3D打印过程，并找出这些缺陷来自哪里以及如何防止这些缺陷。

美国能源部能源效率和可再生能源先进制造办公室对三个实验室之间的合作项目进行了资助，该实验室是其年度国家实验室重大峰会（BIS）的一个分支，通过国家实验室复合体促进战略技术规划和合作。

这种合作关系希望从美国行业中获得更多像这样的合作项目的兴趣，LLNL刚刚提供了一个更新。

金属3D打印在航空航天和汽车等多个行业的应用速度缓慢，因为对于这些关键部件而言，零件质量和认证不可能完美。LLNL的研究人员进行了多次实验，以便将许多复杂机制的覆盖层拉回，这些机制可能会在金属部件中形成缺陷，SLAC和Ames的最新研究更直接地检查了哪些因素会导致这些缺陷，以及如何避免这些缺陷。

“这是一支非常优秀的团队，因为每个搭档都会带来实力。团队正在建立一种独特的能力，并提供您无法以任何其他方式获得的信息。”LLNL材料科学部科技部副部长Tony Van Buuren谈到该项目时说道。“我们一起引入诊断技术、纺织科学，并开发研究新材料的能力。”

论文主要作者Nick Calta设计并制造了一款能够探测熔池的便携式诊断设备。该设备和方法都在SLAC进行同步辐射光源测试和评估，Calta的团队能够成功地观察表面下熔池的动态。

“绝大多数诊断都使用可见光，这是非常有用的，但也仅限于分析零件的表面。如果我们要真正理解这个过程并查看造成缺陷的原因，我们需要一种方法来渗透样本。这台仪器可以让我们做到这一点，”Calta说。

LLNL物理学家和激光材料科学小组组长Ibo Matthews在开发实验以了解LPBF背后的物理学方面拥有多年经验，他说：“我们正在获得有关熔池结构的信息，以及构建过程中可能出现的问题。激光加热熔池产生的蒸汽羽可以产生口袋和毛孔。这些孔隙缺陷可以用作应力集中器，并会损害零件的机械性能。”

由于团队能够真正看到熔池中形成的层，并将X射线图像与模拟进行对比，Matthews表示他们能够确认激光器如何通过气体羽流、路径和热量产生缺陷的预测建立。如果他们在持续的实验中将这些新信息与建模结合起来，那么金属3D打印零件的改进和信心可能会增加。

“成功将以更多的方式学习物理学，让我们修改过程以避免缺陷。到目前为止，我们正在取得有希望的成果，”Calta解释说。“我们希望继续优化仪器并将其应用于不同的材料系统。我们已经有了基于光学数据的大量知识，这让我们分支并补充了这些知识。”

“通过在箱子外面看，你无法分辨箱子里面有什么。该项目的目的是通过开发先进的现场工具，加速AM制造业中金属部件的增材制造（AM），以实现AM部件的快速工艺开发。”Van Buuren说。“对于新材料，我们还不了解这些属性，我们需要能够实时查看过程。这与我们在实验室通常做的有点不同。我们希望建立一个行业能够进入和使用的能力。”

该团队希望添加经常用于商业机器的光学诊断，以帮助与X射线成像相关联。