美國倡議加速金屬增材制造：中國還需努力

　　近日，美國LawrenceLivermore國家實(shí)驗室(LLNL)的研究人員們啟動(dòng)了一項具有戰略意義的項目——金屬增材制造的加速認證倡議。該計劃旨在改進(jìn)金屬3D打印技術(shù)和推動(dòng)它在各行各業(yè)的廣泛應用。這種基于研究的方法將結合物理模型、數據挖掘和不確定性分析，從而優(yōu)化3D打印金屬零部件和加速其認證過(guò)程，最終幫助金屬3D打印技術(shù)充分發(fā)揮其潛力。

　　四年前，Woehlers就已經(jīng)指出，有些金屬3D打印的部件已經(jīng)堪比鑄造或者鍛造的部件，“增材制造有望成為最重要、最具戰略性和最常用的制造技術(shù)。”

　　事實(shí)上，金屬3D打印技術(shù)發(fā)展很快，已經(jīng)從快速原型工具成為合格的制造技術(shù)——但是目前還只有一些部門(mén)，和某幾家著(zhù)名的工業(yè)制造商在使用。那么為什么金屬3D打印技術(shù)的應用還沒(méi)有達到我們一直期待的顛覆性的水平?

　　LLNL的研究人員表示，這首先是因為我們還缺乏對復雜的金屬增材制造技術(shù)，比如SLM(選擇性激光熔化)等，背后關(guān)鍵機理的基本理解;第二，由于批準3D打印金屬材料所需要和很長(cháng)的認證時(shí)間。

　　LLNL研究人員研究金屬3D打印部件

　　因此，ACAMM倡議有兩個(gè)主要目標：第一，開(kāi)發(fā)過(guò)程建模、過(guò)程優(yōu)化仿真以及建模能力;第二，精簡(jiǎn)材料認證策略，在提供近凈成形金屬零件認證以用于關(guān)鍵應用，從而大幅降低成本。

　　“如果我們想要將零部件投入關(guān)鍵應用，它們就必須符合質(zhì)量標準。我們的項目側重于在科學(xué)的基礎上建立對增材制造工藝的理解，從而建立對其零部件質(zhì)量的信心。”ACAMM主任WayneKing稱(chēng)：“我們想要加快認證和檢驗過(guò)程以利用金屬增材制造所帶來(lái)的靈活性。在理想情況下，我們的工廠(chǎng)周一打造一個(gè)零部件，而且檢驗合格之后;那么周二同一臺機器上打造出的不同部件也會(huì )合格。”

　　King和他的團隊已經(jīng)從各種尺度上為SLM工藝準備好了多種物理模型，從粉體顆粒到整個(gè)零部件或組件。這些模型可以幫助相關(guān)人員更好地理解每一個(gè)可能的因素是如何在金屬3D打印過(guò)程中發(fā)揮影響的，其中包括激光功率、速度、光束大小和形狀等對于不同類(lèi)型金屬的影響。

　　這種信息反過(guò)來(lái)可以為發(fā)展新材、改進(jìn)對于可能導致打印失敗的變形和應力的預測、消除猜測、整體改善金屬3D打印工藝和優(yōu)化成品金屬部件等帶來(lái)寶貴的見(jiàn)解，而且所有這些都不需要多次、昂貴的試驗。

　　ACAMM的粉體模型

　　“這些模型將是我們在擺脫金屬3D打印對于經(jīng)驗的依賴(lài)，朝著(zhù)基于科學(xué)的方向邁出的一大步。”King說(shuō)：“我們在談?wù)摰氖侨绾文軌蜻_到“只需按下打印鍵就能夠實(shí)現金屬打印”這一地步。它將廣泛地影響人們應用金屬增材的方式。”

　　盡管迄今為止，我們看到了在金屬3D打印領(lǐng)域也出現了一些技術(shù)上的突破。但是從LLNL研究人員的角度看來(lái)，要持續推進(jìn)金屬3D打印部件在一致性和可靠性方面的提高，唯一可能的途徑就是采取這種基于知識，或者說(shuō)科學(xué)的方法。

　　據了解，這項為期三年的研究已經(jīng)得到了LLNL實(shí)驗室指導研究和發(fā)展(LDRD)項目的資金支持。除了King，其他參與該研究項目并作出貢獻的LLNL人員包括IboMatthews、GabeGuss、NielHodge、ChandrikaKamath、SaadKhairallah和AlexanderRubenchik。