日前，来自美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的一个研究团队宣布，他们正在研究一项困扰着常见金属3D打印技术的重大问题。据悉，他们的发现将发表在8月份的《Acta Materialia》，并有可能加快3D打印技术的应用。
Ibo Mathews是LLNL的一位首席研究员和这项研究项目的合著者。Mathews是在麻省理工学院（MIT）完成的实验性凝聚态物理博士学位，在随后的十年里他大部分时间都在著名的贝尔实验室里度过的。他拥有数项专利，其中包括激光诱导气体等离子加工等。他最近研究重点集中在一项使用很广泛的3D打印技术上，这项技术就是粉床融熔（PBF，powder bed fusion）。
据了解，基于PBF的3D打印技术在市场上有几种形式，比如EOS的直接金属激光烧结（DMLS）、Arcam的电子束熔融（EBM）、SLM Solutions的多光束选择性激光熔融（SLM）等。像Stratasys在其德州Austin的合同制造工厂里就有很多台DMLS机器。
重要的新见解
当这个增材制造研究项目开始的时候，Mathews就雄心勃勃地期望获得开创性的成果。他说这项研究“力求在基于金属的增材制造领域进行前所未有的更多、更详细的实验研究。”而该研究团队即将发表的文章也代表了他们在预测和最小化金属增材制造零部件无效缺陷和表面粗糙度方面的最新见解。
众所周知，在增材制造金属零部的过程中的快速加热和使用激光生成的高温能够提高零部件的强度，但是同样的工艺也可能导致空隙或毛孔，从而削弱该零部件。据天工社所知，这些缺陷的主要原因是金属粉末的不完全融化，或者强烈的汽化所导致的“锁眼型”熔化。
激光功率、光束尺寸、扫描速度和开口间距（hatch spacing）——这些统称为扫描策略，是用于确定最终的孔隙度和孔隙的存在的所有变量。
与该研究相关的另外一个研究项目——LLNL的金属增材制造加速认证项目——负责人Wayne King评论说：“如果我们想要将零部件投入关键应用，那么它们就必须符合质量标准。我们的项目主要专注于在科学的基础上发展对于增材制造过程的理解，从而建立增材制造零部件质量的可信度。”
King也是这一新论文的共同作者之一，并参与了该项目的算法开发以解决3D打印金属零部件的表面粗糙度、残余应力、孔隙和微裂缝等问题。这个项目是在2015年3月与通用电气（GE）合作开始的。America Makes为此提供了54万美元的资金并且设定了18个月的成果交付时间。
GE公司首席研究员Bill Carter证实，该算法项目正在如期进行，其软件将会在今年9月提供给America Makes成员。
一旦算法完成，他们将会在一种开源授权许可的条件之下将其公布出去。Matthews预期这将导致增材制造行业的更大飞跃。最终完成的软件模型将能够全面评估金属粉末是如何形成一个熔池及其在固化之前的所有行为。King说：“这些模型将使金属增材制造远离经验主义，并朝着更加科学的方向迈出一大步。”
