增材制造中最持久的挑戰(zhàn)之一無疑是工藝可靠性。我如何保證3D打印部件能夠滿足預(yù)期要求？它們能經(jīng)受住時(shí)間的影響嗎？我能否為所有部件重現(xiàn)相同的條件？這些問題在金屬3D打印中尤其如此，許多專業(yè)人士仍然不愿意使用它，正是因?yàn)槿狈煽啃院涂芍貜?fù)性。如果我們能夠開發(fā)更好的過程控制，情況會(huì)怎樣？實(shí)現(xiàn)更精確的控制和更好的模擬？這是勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)無損評(píng)估(NDE)小組正在進(jìn)行的研究的重點(diǎn)。他們的目標(biāo)是觀察和分析打印過程中部件內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)的演變，并提出確保更高質(zhì)量和更高部件一致性的技術(shù)。

由于大多數(shù)技術(shù)都使用熱源將金屬顆粒熔合在一起，因此目前仍難以預(yù)測3D打印金屬部件的反應(yīng)。然而，金屬對(duì)熱特別敏感，這些熱變化會(huì)對(duì)正在制造的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。3D打印機(jī)中的熱擴(kuò)散會(huì)影響顆粒的粘合方式，從而導(dǎo)致故障、缺陷以及不合格品。

LLNL旨在推動(dòng)金屬3D打印的應(yīng)用

David Stobbe是材料工程(MED)部門超聲波和傳感器無損檢測(NDT)小組的組長。他解釋說：“如果希望全球各地的人們都能使用3D打印金屬部件，就需要NDT。如果我們能夠證明3D打印部件的性能符合預(yù)期，這將促進(jìn)其普及，使其能夠應(yīng)用于航空航天、能源和其他領(lǐng)域的安全關(guān)鍵部件，并有望開辟制造業(yè)的新范式?！?/span>

但它在實(shí)踐中如何發(fā)揮作用？

我們依賴于一套信號(hào)系統(tǒng)。這些信號(hào)可以是電流、X射線，甚至是超聲波。它們穿過正在打印的部件，研究人員隨后會(huì)觀察到任何變化。以實(shí)驗(yàn)室大氣、地球和能源部門(AEED)的研究科學(xué)家Saptarshi Mukherjee正在進(jìn)行的項(xiàng)目為例。他利用渦流（即在導(dǎo)電物質(zhì)中產(chǎn)生的電流）監(jiān)測激光粉末床熔合過程中的內(nèi)部溫度。渦流對(duì)電導(dǎo)率很敏感。由于電導(dǎo)率是溫度的函數(shù)，我們理解這些渦流如何提供3D打印部件內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)信息。

MED博士后研究員Ethan Rosenberg補(bǔ)充道：“據(jù)我們所知，這是第一次使用渦流傳感器來觀察這些非?？焖?、非平衡的熱過程，這讓人想起在金屬增材制造過程中觀察到的熱過程類型。”

經(jīng)過和未經(jīng)過超聲波處理的3D打印部件的熔池動(dòng)力學(xué)和凝固的X射線圖像：可見的管狀氣孔是3D打印金屬部件中最常見的缺陷之一。

如今，已有多個(gè)項(xiàng)目開發(fā)，并依賴于X射線斷層掃描、電阻斷層掃描、超聲波等技術(shù)。這些技術(shù)通常用于研究晶格結(jié)構(gòu)或幾何形狀更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。其目標(biāo)顯然是拓展此類研究工作，并推廣所使用的方法。最終，他們希望開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以確保實(shí)時(shí)監(jiān)控金屬3D打印過程，并在出現(xiàn)任何錯(cuò)誤之前及時(shí)糾正。這將使金屬增材制造技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，并提供更多可能性。

編譯整理：3dnatives

來源：中國3D打印網(wǎng)