最近，由美國能源部領導的一個研究團隊對金屬3D打印件的結構缺陷進行了研究，以期找到導致這些缺陷形成的常見原因。研究團隊由來自密蘇里科技大學、阿貢國家實驗室和卡內基梅隆大學的研究人員組成。他們的研究成果已經發表在《ScientificReports》雜志上，題為“用高速X射線成像和衍射來實時監控激光粉末床熔融過程”。

該研究利用了美國能源部科學辦公室最高科技的用戶設施之一——先進光子源。這是一種基于強烈的同步加速器X射線的記錄設備，能讓研究員實時研究整個激光熔融過程。“激光與金屬的相互作用發生得很快。幸運的是，借助先進光子源提供的高速X射線儀器，我們能以每秒50,000幀的精度捕獲整個過程。我們可以逐幀研究生成的影像，以弄清楚材料的微觀結構，特別是缺陷和孔隙是如何形成的。”

研究人員觀察和量化了各種特征，如熔池的尺寸或形狀、粉末噴射量、固化和孔隙形成、不同階段之間的各種轉化等。使用各種物理理論和計算，研究人員可以用X射線影像提供的細節來創建復雜的預測模型，然后用這些模型來重新設計3D打印過程，從而避免某些結構缺陷。通過這種方式，研究人員可以更多地了解金屬3D打印，更好地提高這種技術的可靠性。

通過與美國各地的實驗室和研究機構分享他們的結論和預測模型，研究團隊不僅希望微調目前正在使用的3D打印技術，還希望能發現新的方法，探索新的可能性，開發出新的3D打印合金材料，讓打印變得更可靠。

除了改進和增加用于工業3D打印的材料外，該研究對最初的設計階段也有所幫助。對3D打印過程更好的了解意味著設計師不必花費太多時間來研究如何提高結構的質量和可靠性，而只需考慮關鍵因素，這將大大簡化數字模型。“我們的工作不僅能幫助行業提高效率和性能，也讓金屬增材制造能被更廣泛地采用，”研究人員表示。

參考來源：3ders