日前，來自美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的一個研究團隊宣布，他們正在研究一項困擾著常見金屬3D打印技術的重大問題。據悉，他們的發現將發表在8月份的《Acta Materialia》，并有可能加快3D打印技術的應用。

Ibo Mathews是LLNL的一位首席研究員和這項研究項目的合著者。Mathews是在麻省理工學院(MIT)完成的實驗性凝聚態物理博士學位，在隨后的十年里他大部分時間都在著名的貝爾實驗室里度過的。他擁有數項專利，其中包括激光誘導氣體等離子加工等。他最近研究重點集中在一項使用很廣泛的3D打印技術上，這項技術就是粉床融熔(PBF，powder bed fusion)。

Ibo Mathews(左)在調整一個4KW的激光器

據了解，基于PBF的3D打印技術在市場上有幾種形式，比如EOS的直接金屬激光燒結(DMLS)、Arcam的電子束熔融(EBM)、SLM Solutions的多光束選擇性激光熔融(SLM)等。像Stratasys在其德州Austin的合同制造工廠里就有很多臺DMLS機器。

重要的新見解

當這個增材制造研究項目開始的時候，Mathews就雄心勃勃地期望獲得開創性的成果。他說這項研究“力求在基于金屬的增材制造領域進行前所未有的更多、更詳細的實驗研究。”而該研究團隊即將發表的文章也代表了他們在預測和最小化金屬增材制造零部件無效缺陷和表面粗糙度方面的最新見解。

眾所周知，在增材制造金屬零部的過程中的快速加熱和使用激光生成的高溫能夠提高零部件的強度，但是同樣的工藝也可能導致空隙或毛孔，從而削弱該零部件。這些缺陷的主要原因是金屬粉末的不完全融化，或者強烈的汽化所導致的“鎖眼型”熔化。

激光功率、光束尺寸、掃描速度和開口間距(hatch spacing)——這些統稱為掃描策略，是用于確定最終的孔隙度和孔隙的存在的所有變量。

與該研究相關的另外一個研究項目——LLNL的金屬增材制造加速認證項目——負責人Wayne King評論說：“如果我們想要將零部件投入關鍵應用，那么它們就必須符合質量標準。我們的項目主要專注于在科學的基礎上發展對于增材制造過程的理解，從而建立增材制造零部件質量的可信度。”