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魔猴君 行業(yè)資訊 2231天前
雖然金屬3D打印對(duì)制造業(yè)的影響非常大,但其并非沒(méi)有缺點(diǎn)。許多設(shè)施正在投入大量資源,以確定金屬3D打印部件出現(xiàn)缺陷的原因,以及如何阻止它們......勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的創(chuàng)新研究人員也對(duì)此進(jìn)行了大量研究。去年冬天,LLNL與艾姆斯實(shí)驗(yàn)室和能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家合作,利用X射線(xiàn)研究金屬3D打印過(guò)程,并找出這些缺陷來(lái)自哪里以及如何防止這些缺陷。
美國(guó)能源部能源效率和可再生能源先進(jìn)制造辦公室對(duì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間的合作項(xiàng)目進(jìn)行了資助,該實(shí)驗(yàn)室是其年度國(guó)家實(shí)驗(yàn)室重大峰會(huì)(BIS)的一個(gè)分支,通過(guò)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室復(fù)合體促進(jìn)戰(zhàn)略技術(shù)規(guī)劃和合作。
這種合作關(guān)系希望從美國(guó)行業(yè)中獲得更多像這樣的合作項(xiàng)目的興趣,LLNL剛剛提供了一個(gè)更新。
金屬3D打印在航空航天和汽車(chē)等多個(gè)行業(yè)的應(yīng)用速度緩慢,因?yàn)閷?duì)于這些關(guān)鍵部件而言,零件質(zhì)量和認(rèn)證不可能完美。LLNL的研究人員進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),以便將許多復(fù)雜機(jī)制的覆蓋層拉回,這些機(jī)制可能會(huì)在金屬部件中形成缺陷,SLAC和Ames的最新研究更直接地檢查了哪些因素會(huì)導(dǎo)致這些缺陷,以及如何避免這些缺陷。
本月,這份合作關(guān)系產(chǎn)生的首個(gè)科學(xué)論文已發(fā)表在“科學(xué)儀器評(píng)論”雜志上。這篇論文詳細(xì)介紹了研究人員如何使用X射線(xiàn)成像和衍射來(lái)觀察金屬部件的內(nèi)部,同時(shí)他們正在使用普通的激光粉末床熔合(LPBF)工藝進(jìn)行3D打印。
“這是一支非常優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì),因?yàn)槊總€(gè)搭檔都會(huì)帶來(lái)實(shí)力。團(tuán)隊(duì)正在建立一種獨(dú)特的能力,并提供您無(wú)法以任何其他方式獲得的信息?!盠LNL材料科學(xué)部科技部副部長(zhǎng)Tony Van Buuren談到該項(xiàng)目時(shí)說(shuō)道?!拔覀円黄鹨朐\斷技術(shù)、紡織科學(xué),并開(kāi)發(fā)研究新材料的能力?!?/span>
論文主要作者Nick Calta設(shè)計(jì)并制造了一款能夠探測(cè)熔池的便攜式診斷設(shè)備。該設(shè)備和方法都在SLAC進(jìn)行同步輻射光源測(cè)試和評(píng)估,Calta的團(tuán)隊(duì)能夠成功地觀察表面下熔池的動(dòng)態(tài)。
“絕大多數(shù)診斷都使用可見(jiàn)光,這是非常有用的,但也僅限于分析零件的表面。如果我們要真正理解這個(gè)過(guò)程并查看造成缺陷的原因,我們需要一種方法來(lái)滲透樣本。這臺(tái)儀器可以讓我們做到這一點(diǎn),”Calta說(shuō)。
Calta解釋說(shuō),合作團(tuán)隊(duì)很難在積極的時(shí)間表上構(gòu)建便攜式現(xiàn)場(chǎng)診斷機(jī)。首先,LLNL的研究人員必須將設(shè)備運(yùn)輸?shù)絊LAC,并使用同步加速器來(lái)創(chuàng)建研究樣品所需的X射線(xiàn)通量和高能量X射線(xiàn),這些X射線(xiàn)衍射和成像提供了有用的數(shù)據(jù),所以研究人員可以看到金屬如何凝固,這有助于確定零件的強(qiáng)度。但他們已經(jīng)從所有這些辛勤工作中受益,并收集了他們?nèi)栽谂Ψ治龅挠杏脭?shù)據(jù)。
LLNL物理學(xué)家和激光材料科學(xué)小組組長(zhǎng)Ibo Matthews在開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)以了解LPBF背后的物理學(xué)方面擁有多年經(jīng)驗(yàn),他說(shuō):“我們正在獲得有關(guān)熔池結(jié)構(gòu)的信息,以及構(gòu)建過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。激光加熱熔池產(chǎn)生的蒸汽羽可以產(chǎn)生口袋和毛孔。這些孔隙缺陷可以用作應(yīng)力集中器,并會(huì)損害零件的機(jī)械性能?!?/span>
由于團(tuán)隊(duì)能夠真正看到熔池中形成的層,并將X射線(xiàn)圖像與模擬進(jìn)行對(duì)比,Matthews表示他們能夠確認(rèn)激光器如何通過(guò)氣體羽流、路徑和熱量產(chǎn)生缺陷的預(yù)測(cè)建立。如果他們?cè)诔掷m(xù)的實(shí)驗(yàn)中將這些新信息與建模結(jié)合起來(lái),那么金屬3D打印零件的改進(jìn)和信心可能會(huì)增加。
“成功將以更多的方式學(xué)習(xí)物理學(xué),讓我們修改過(guò)程以避免缺陷。到目前為止,我們正在取得有希望的成果,”Calta解釋說(shuō)?!拔覀兿M^續(xù)優(yōu)化儀器并將其應(yīng)用于不同的材料系統(tǒng)。我們已經(jīng)有了基于光學(xué)數(shù)據(jù)的大量知識(shí),這讓我們分支并補(bǔ)充了這些知識(shí)?!?/span>
Calta表示,該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始繪制出孔隙形成并引出冷卻速率信息。希望此設(shè)備能夠更好地了解LPBF 3D打印過(guò)程,并引發(fā)業(yè)界對(duì)金屬3D打印的興趣。
“通過(guò)在箱子外面看,你無(wú)法分辨箱子里面有什么。該項(xiàng)目的目的是通過(guò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)工具,加速AM制造業(yè)中金屬部件的增材制造(AM),以實(shí)現(xiàn)AM部件的快速工藝開(kāi)發(fā)?!盫an Buuren說(shuō)?!皩?duì)于新材料,我們還不了解這些屬性,我們需要能夠?qū)崟r(shí)查看過(guò)程。這與我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室通常做的有點(diǎn)不同。我們希望建立一個(gè)行業(yè)能夠進(jìn)入和使用的能力?!?/span>
該團(tuán)隊(duì)希望添加經(jīng)常用于商業(yè)機(jī)器的光學(xué)診斷,以幫助與X射線(xiàn)成像相關(guān)聯(lián)。
來(lái)源:中國(guó)3D打印網(wǎng)