科學(xué)家利用X射線(xiàn)研究金屬3D打印產(chǎn)生缺陷的原因

　　SLAC國家加速器實(shí)驗室正在研究如何避免金屬3D打印零件的缺陷。其X射線(xiàn)觀(guān)察過(guò)程可以產(chǎn)生更可靠的3D打印部件。

　　無(wú)論您的3D打印機是在家里、工廠(chǎng)、船上，還是在太空中，您總是希望您的3D打印物盡可能出現少的缺陷，無(wú)論是為了審美目的，還是為了確保其功能關(guān)鍵部分。然而，有時(shí)候，識別缺陷的原因可能很困難：是3D打印材料還是3D打印機本身?也許這個(gè)缺陷來(lái)自用于構建零件的CAD 3D模型?

　　SLAC國家加速器實(shí)驗室的科學(xué)家們同樣好奇，為什么3D打印部件(特別是金屬3D打印部件)容易出現缺陷，所以他們使用裝有X射線(xiàn)的觀(guān)察臺來(lái)更好地理解使3D打印出錯的原因?？茖W(xué)家們認為這項研究可以使各種3D打印產(chǎn)品制造商受益，例如航空航天、汽車(chē)和醫療保健等行業(yè)。

　　這項研究正在實(shí)驗室的斯坦福同步輻射光源(SSRL)上進(jìn)行，并得到美國能源部勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室和艾姆斯實(shí)驗室的科學(xué)家的協(xié)助。這些科學(xué)家一起使用兩種X射線(xiàn)方法來(lái)觀(guān)察金屬3D打印過(guò)程中發(fā)生了什么-這是一項令人難以置信的有用的技術(shù)，但尚未完善。

　　SLAC工作人員兼項目負責人Johanna Nelson Weker表示：“借助3D打印技術(shù)，您可以制作具有復雜幾何形狀的部件，這些部件不能像普通金屬部件那樣進(jìn)行鑄造。從理論上說(shuō)，這可以是一個(gè)快速的轉變：簡(jiǎn)單地設計、發(fā)送、從遠程位置打印。但是我們還沒(méi)有。我們仍然需要弄清楚所有參與制造堅固零件的參數。”

　　讀者可能非常清楚FDM 3D打印機可能出現的各種缺陷，但是金屬3D打印機存在自身的一系列問(wèn)題。例如，在選擇性激光熔化(SLM)過(guò)程中，熔化激光束過(guò)程在金屬冷卻和硬化時(shí)不均勻地產(chǎn)生坑或弱點(diǎn)，同時(shí)建立層。但為什么會(huì )發(fā)生呢，怎樣才能避免呢?

　　在這些研究過(guò)程中，SLAC科學(xué)家們正試圖深入這個(gè)增材制造問(wèn)題的底部，分析所使用的金屬的種類(lèi)，激光的熱量水平，金屬加熱和冷卻的速度以及可能會(huì )導致3D打印部件缺陷的其他因素。

　　SSRL材料科學(xué)部門(mén)的科學(xué)家Chris Tassone評論說(shuō)：“我們提供的基礎物理研究將幫助我們確定金屬3D打印的哪些方面非常重要。”

　　科學(xué)家們認為，使用X射線(xiàn)而不是熱成像裝置可以揭開(kāi)礦坑形成的秘密。他們正在使用兩種不同的X射線(xiàn)技術(shù)，一種是捕獲微米分辨率圖像，當金屬層積聚時(shí)會(huì )發(fā)生什么，另一種是從材料中的原子反射X射線(xiàn)來(lái)分析其原子結構，然后冷卻。

　　目前，研究人員Nelson Weker和Tassone、Kevin Stone、Anthony Fong、Andrew Kiss、Vivek Thampy還沒(méi)有得到任何明確的答案，但他們相信新的X射線(xiàn)設置可以幫助了解金屬3D打印形成坑和弱點(diǎn)的原因。該研究還將用于觀(guān)察其他種類(lèi)的金屬3D打印，包括定向能量沉積。

　　隨著(zhù)研究的不斷深入，科學(xué)家們還計劃在這個(gè)過(guò)程中引入其他的觀(guān)測工具，包括一個(gè)可以收集制造過(guò)程照片和錄像的高速攝像機。然后，他們將能夠在某些點(diǎn)將他們的圖像與他們的X射線(xiàn)數據相匹配，以便更全面地了解金屬3D打印部件正在發(fā)生的事情。

　　Nelson Weker解釋說(shuō)：“我們希望制造商能夠將他們在相機上看到的東西與我們在這里測量的東西聯(lián)系起來(lái)，以便他們能夠推斷出金屬材料表面下發(fā)生了什么。”