最近，由美國能源部領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團隊對金屬3D打印件的結(jié)構(gòu)缺陷進行了研究，以期找到導(dǎo)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(xué)、阿貢國家實驗室和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員組成。他們的研究成果已經(jīng)發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上，題為“用高速X射線成像和衍射來實時監(jiān)控激光粉末床熔融過程”。

該研究利用了美國能源部科學(xué)辦公室最高科技的用戶設(shè)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(shè)備，能讓研究員實時研究整個激光熔融過程?！凹す馀c金屬的相互作用發(fā)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(jié)構(gòu)，特別是缺陷和孔隙是如何形成的?！?/span>

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(zhuǎn)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(jié)來創(chuàng)建復(fù)雜的預(yù)測模型，然后用這些模型來重新設(shè)計3D打印過程，從而避免某些結(jié)構(gòu)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(shù)的可靠性。

通過與美國各地的實驗室和研究機構(gòu)分享他們的結(jié)論和預(yù)測模型，研究團隊不僅希望微調(diào)目前正在使用的3D打印技術(shù)，還希望能發(fā)現(xiàn)新的方法，探索新的可能性，開發(fā)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(yè)3D打印的材料外，該研究對最初的設(shè)計階段也有所幫助。對3D打印過程更好的了解意味著設(shè)計師不必花費太多時間來研究如何提高結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和可靠性，而只需考慮關(guān)鍵因素，這將大大簡化數(shù)字模型。“我們的工作不僅能幫助行業(yè)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。

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