2019年6月25日，筆者從外媒獲悉，美國(guó)的一組科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在利用X射線成像技術(shù)研究SLM激光熔融3D打印的金屬部件，從而確定金屬3D打印部件缺陷形成的原因，并了解如何減輕這些缺陷。

參與本項(xiàng)研究的團(tuán)隊(duì)包括：勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL），SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（SLAC）和艾姆斯實(shí)驗(yàn)室。

為了實(shí)施該項(xiàng)目，LLNL研究員Nick Calta及其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種便攜式診斷機(jī)，能夠使用X射線成像探測(cè)金屬3D打印過(guò)程。該機(jī)器最終幫助研究人員對(duì)金屬增材制造工藝有了新的見(jiàn)解。Calta表示：“絕大多數(shù)診斷使用可見(jiàn)光，但也僅限于分析零件的表面，如果我們真的要理解這個(gè)過(guò)程并看到導(dǎo)致瑕疵的原因，我們需要探測(cè)零件的內(nèi)部，這個(gè)儀器可以幫助我們做到?！?/p>

便攜式診斷機(jī)專門設(shè)計(jì)用于在激光粉末床熔合過(guò)程中觀察和探測(cè)熔池。熔池是激光與金屬粉末接觸的區(qū)域，能夠熔合并產(chǎn)生形成3D打印部件的層。為了確保儀器按照研究意圖運(yùn)行，LLNL團(tuán)隊(duì)必須將其運(yùn)輸?shù)絊LAC。然后安裝了SLAC的“同步加速器”，這是制作高能X射線以研究樣品所必需的。

使用該機(jī)器，研究人員能夠成功地觀察到表面下熔池的動(dòng)態(tài)變化。它提供了有關(guān)成像和X射線衍射組合的有意義的數(shù)據(jù)，這有助于研究人員觀察和了解激光粉末床融合過(guò)程中金屬如何凝固，這是部件強(qiáng)度的關(guān)鍵決定因素。

卡爾塔說(shuō)：“到目前為止，我們的結(jié)果很有希望。我們希望繼續(xù)優(yōu)化儀器并將其應(yīng)用于不同的材料系統(tǒng)。我們已經(jīng)擁有了大量基于光學(xué)數(shù)據(jù)的知識(shí)，這使我們能夠分支出來(lái)并補(bǔ)充這些知識(shí)?！?/p>

LLNL物理學(xué)家Ibo Matthews表示，觀察熔池的層形成過(guò)程以及X射線圖像已經(jīng)證實(shí)了先前做出的預(yù)測(cè)。這些預(yù)測(cè)激光的路徑，熱量積聚和激光產(chǎn)生的氣流會(huì)在打印部件產(chǎn)生缺陷，如毛孔，這會(huì)在受到壓力時(shí)導(dǎo)致部件開(kāi)裂。研究人員表示，通過(guò)建模和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)來(lái)編譯缺陷知識(shí)可能有助于加速金屬3D打印的改進(jìn)和信心。

盡管合作仍處于早期階段，但Calta已經(jīng)表示，研究人員已經(jīng)迅速開(kāi)始繪制毛孔的形成并確定冷卻速率的信息。利用X射線成像診斷機(jī)，預(yù)計(jì)該研究將提供對(duì)激光熔融過(guò)程的更好理解，從而引起各種行業(yè)對(duì)金屬3D打印的進(jìn)一步興趣。

Matthews說(shuō)：“我們正在獲得有關(guān)熔池結(jié)構(gòu)的信息以及在構(gòu)建過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)激光加熱熔池產(chǎn)生的蒸汽流可以產(chǎn)生缺陷和毛孔，這些孔隙缺陷可以作為應(yīng)力集中器服務(wù)，并且會(huì)損害部件的機(jī)械性能?！?/p>