勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)(shí)驗(yàn)室（LLNL），SLAC國家加速器實(shí)(shí)驗(yàn)室（SLAC）和艾姆斯實(shí)(shí)驗(yàn)室的科學(xué)(xué)家正在研究X射線(xiàn)成像，以檢查激光粉末床融合過(guò)程中的金屬部件。該研究論文是實(shí)(shí)驗(yàn)室之間合作的一部分，旨在確定金屬3D打印部件缺陷的原因，并了解如何減輕這些缺陷。

為了實(shí)(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(xiàn)成像探測金屬3D打印過(guò)程。該機(jī)器最終幫助研究人員對金屬添加劑制造工藝有了新的見(jiàn)解。 “絕大多數(shù)診斷使用可見(jiàn)光，這些非常有用，但也僅限于分析零件的表面，”Calta解釋說(shuō)?！叭綣覀冋嫻囊斫膺@個(gè)(gè)過(guò)程并看到導(dǎo)致瑕疵的原因，我們需要通過(guò)這個(gè)(gè)樣本進(jìn)(jìn)行探測。這個(gè)(gè)儀器允許我們這樣做?！?/span>

勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)(shí)驗(yàn)室的研究人員（左起）

實(shí)(shí)驗(yàn)室之間的多年合作伙伴關(guān)(guān)系由能源部（DOE）的能源效率和可再生能源（EERE）先進(jìn)(jìn)制造辦公室提供資金。 SLAC和AMES都是DOE實(shí)(shí)驗(yàn)室，LLNL也主要由聯(lián)(lián)邦機(jī)構(gòu)資助。實(shí)(shí)驗(yàn)室之間的合作是美國能源部國家實(shí)(shí)驗(yàn)室大創(chuàng )(chuàng)意峰會(huì )（BIS）的一個(gè)(gè)分支。

DOE的BIS是一年一度的活動(dòng)(dòng)，旨在培養(yǎng)國家實(shí)(shí)驗(yàn)室綜合體的協(xié)(xié)作和戰(zhàn)略技術(shù)(shù)規(guī)劃。三個(gè)(gè)實(shí)(shí)驗(yàn)室之間建立的合作項(xiàng)目反映了BIS，SLAC貢獻(xiàn)其X射線(xiàn)技術(shù)(shù)，Ames實(shí)(shí)驗(yàn)室提供粉末，金屬和材料科學(xué)(xué)方面的專(zhuān)業(yè)(yè)知識。 “這是一個(gè)(gè)非常好的團(tuán)隊(duì)，因?yàn)槊總€(gè)(gè)合作伙伴都會(huì )帶來(lái)力量，”LLNL材料科學(xué)(xué)部S＆T副部門(mén)主管Tony Van Buuren說(shuō)?！霸搱F(tuán)隊(duì)正在構(gòu)建一種獨(dú)特的功能，并提供您無(wú)法通過(guò)其他任何方式獲得的信息。我們一起引入了診斷技術(shù)(shù)，融入了科學(xué)(xué)，并開(kāi)始研究新材料?！?/span>

大創(chuàng )(chuàng)意峰會(huì ) 照片來(lái)自美國能源部

使用X射線(xiàn)成像識別金屬AM部件中的孔隙

便攜式診斷機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于在激光粉末床熔合過(guò)程中觀(guān)察和探測熔池。熔池是激光與金屬粉末接觸的區(qū)域，能夠熔合并產(chǎn)(chǎn)生形成3D打印部件的層。由于研究項(xiàng)目的激進(jìn)(jìn)時(shí)(shí)間表，它原位組裝，并且證明難以構(gòu)建。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(xiàn)以研究樣品所必需的。在SLAC的Stanford Synchrotron Radiation Lightsource使用該機(jī)器，研究人員能夠成功地觀(guān)察到表面下熔池的動(dòng)(dòng)態(tài)(tài)變化。它提供了有關(guān)(guān)成像和X射線(xiàn)衍射組合的有意義的數(shù)據(jù)，這有助于研究人員觀(guān)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)(guān)鍵決定因素。

“成功將更多地了解物理學(xué)(xué)，讓我們修改過(guò)程以避免缺陷，到目前為止，我們的結(jié)果很有希望。我們希望繼續(xù)優(yōu)(yōu)化儀器并將其應(yīng)用于不同的材料系統(tǒng)。我們已經(jīng)(jīng)擁有了大量基于光學(xué)(xué)數(shù)據(jù)的知識，這使我們能夠分支出來(lái)并補(bǔ)充這些知識?！?/span>

EOS 3D打印機(jī)上激光粉末床熔合（LPBF）添加劑制造工藝的一個(gè)(gè)例子 通過(guò)EOS拍照

LLNL物理學(xué)(xué)家Ibo Matthews表示，觀(guān)察熔池的層形成過(guò)程以及X射線(xiàn)圖像與模擬的比較的能力已經(jīng)(jīng)證實(shí)(shí)了先前做出的預(yù)測。這些預(yù)測激光的路徑，熱量積聚和激光產(chǎn)(chǎn)生的氣體羽流會(huì )在印刷部分產(chǎn)(chǎn)生缺陷，如毛孔，這會(huì )在受到壓力時(shí)(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)(shí)驗(yàn)來(lái)編譯缺陷知識可能有助于加速金屬3D打印的改進(jìn)(jìn)。

來(lái)源：中國3D打印網(wǎng)(wǎng)