科學(xué)家利用X射線研究金屬3D打印產(chǎn)生缺陷的原因

　　SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室正在研究如何避免金屬3D打印零件的缺陷。其X射線觀察過(guò)程可以產(chǎn)生更可靠的3D打印部件。

　　無(wú)論您的3D打印機(jī)是在家里、工廠、船上，還是在太空中，您總是希望您的3D打印物盡可能出現(xiàn)少的缺陷，無(wú)論是為了審美目的，還是為了確保其功能關(guān)鍵部分。然而，有時(shí)候，識(shí)別缺陷的原因可能很困難：是3D打印材料還是3D打印機(jī)本身?也許這個(gè)缺陷來(lái)自用于構(gòu)建零件的CAD 3D模型?

　　SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們同樣好奇，為什么3D打印部件(特別是金屬3D打印部件)容易出現(xiàn)缺陷，所以他們使用裝有X射線的觀察臺(tái)來(lái)更好地理解使3D打印出錯(cuò)的原因?？茖W(xué)家們認(rèn)為這項(xiàng)研究可以使各種3D打印產(chǎn)品制造商受益，例如航空航天、汽車和醫(yī)療保健等行業(yè)。

　　這項(xiàng)研究正在實(shí)驗(yàn)室的斯坦福同步輻射光源(SSRL)上進(jìn)行，并得到美國(guó)能源部勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家的協(xié)助。這些科學(xué)家一起使用兩種X射線方法來(lái)觀察金屬3D打印過(guò)程中發(fā)生了什么-這是一項(xiàng)令人難以置信的有用的技術(shù)，但尚未完善。

　　SLAC工作人員兼項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Johanna Nelson Weker表示：“借助3D打印技術(shù)，您可以制作具有復(fù)雜幾何形狀的部件，這些部件不能像普通金屬部件那樣進(jìn)行鑄造。從理論上說(shuō)，這可以是一個(gè)快速的轉(zhuǎn)變：簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)、發(fā)送、從遠(yuǎn)程位置打印。但是我們還沒(méi)有。我們?nèi)匀恍枰宄袇⑴c制造堅(jiān)固零件的參數(shù)。”

　　讀者可能非常清楚FDM 3D打印機(jī)可能出現(xiàn)的各種缺陷，但是金屬3D打印機(jī)存在自身的一系列問(wèn)題。例如，在選擇性激光熔化(SLM)過(guò)程中，熔化激光束過(guò)程在金屬冷卻和硬化時(shí)不均勻地產(chǎn)生坑或弱點(diǎn)，同時(shí)建立層。但為什么會(huì)發(fā)生呢，怎樣才能避免呢?

　　在這些研究過(guò)程中，SLAC科學(xué)家們正試圖深入這個(gè)增材制造問(wèn)題的底部，分析所使用的金屬的種類，激光的熱量水平，金屬加熱和冷卻的速度以及可能會(huì)導(dǎo)致3D打印部件缺陷的其他因素。

　　SSRL材料科學(xué)部門的科學(xué)家Chris Tassone評(píng)論說(shuō)：“我們提供的基礎(chǔ)物理研究將幫助我們確定金屬3D打印的哪些方面非常重要。”

　　科學(xué)家們認(rèn)為，使用X射線而不是熱成像裝置可以揭開(kāi)礦坑形成的秘密。他們正在使用兩種不同的X射線技術(shù)，一種是捕獲微米分辨率圖像，當(dāng)金屬層積聚時(shí)會(huì)發(fā)生什么，另一種是從材料中的原子反射X射線來(lái)分析其原子結(jié)構(gòu)，然后冷卻。

　　目前，研究人員Nelson Weker和Tassone、Kevin Stone、Anthony Fong、Andrew Kiss、Vivek Thampy還沒(méi)有得到任何明確的答案，但他們相信新的X射線設(shè)置可以幫助了解金屬3D打印形成坑和弱點(diǎn)的原因。該研究還將用于觀察其他種類的金屬3D打印，包括定向能量沉積。

　　隨著研究的不斷深入，科學(xué)家們還計(jì)劃在這個(gè)過(guò)程中引入其他的觀測(cè)工具，包括一個(gè)可以收集制造過(guò)程照片和錄像的高速攝像機(jī)。然后，他們將能夠在某些點(diǎn)將他們的圖像與他們的X射線數(shù)據(jù)相匹配，以便更全面地了解金屬3D打印部件正在發(fā)生的事情。

　　Nelson Weker解釋說(shuō)：“我們希望制造商能夠?qū)⑺麄冊(cè)谙鄼C(jī)上看到的東西與我們?cè)谶@里測(cè)量的東西聯(lián)系起來(lái)，以便他們能夠推斷出金屬材料表面下發(fā)生了什么。”