通過實時評估殘余應力來優(yōu)化工業(yè)設計，用于生產更高效的金屬3D打印零件

南極熊導讀：金屬3D打印在構建過程中，使用激光制造的材料可能會因打印過程中的快速加熱和冷卻而產生殘余應力，通過打印后對零件進行熱處理或退火可減少應變。但是過多的熱量會導致不必要的結構變化。為解決這一問題，國內外的科研團隊都在研究該問題的解決方案。

2022年9月26日，南極熊獲悉，通用電氣(GE)與加州大學伯克利分校，和橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的能源部(DOE)科學辦公室的科研人員一起，通過一系列最新研究了解了殘余應力的形成位置，以及應在什么溫度下進行退火以減輕應力，從而優(yōu)化組件設計以及退火時間和溫度。

△研究人員使用中子散射來測量金屬3D打印樣品在退火之前（右上）、期間和之后（右下）的內部應力�？刂萍す饨饘俅蛴〔考�的殘余應力有助于防止裂紋和故障

為了生產更高效的金屬3D打印零件
該團隊使用中子衍射來定位常見金屬合金Inconel 625樣品中的殘余應變。研究人員在日本質子加速器研究中心(J-PARC)的NOBORU光束線上，進行了初始中子校準實驗。然后，中子成像使他們能夠在退火過程中實時觀察高溫爐內的樣品。中子很容易穿透爐壁，并允許在退火過程中映射整個零件的應變松弛。

然后研究人員將測量到的壓力與計算機模擬數(shù)據(jù)進行了比較。他們對3D打印工藝進行了模擬，以預測樣品內的殘余應力分布作為工藝參數(shù)的函數(shù)。仿真結果與室溫實驗測量結果的比較表明，當仿真數(shù)據(jù)在零件體積上取平均值時，一致性很好，證實了實驗對驗證仿真結果的有用性。

△該團隊的研究結果題目為“通過原位中子成像監(jiān)測3D打印Inconel 625殘余應力的松弛和優(yōu)選晶粒取向”（傳送門）

研究結果與強大的科研團隊
新模型可以通過最大限度地減少生產過程中的殘余應力形成，更準確地預測零件設計的微小變化是否會更加堅固。同時，新模型還可以指示改變3D打印激光束的直徑，或行進速度是否會提高生產質量。

該研究成果可以幫助GE驗證它們的計算機模型，并優(yōu)化3D打印組件設計方案，以減少打印構建過程中的殘余應力形成。該數(shù)據(jù)還將使GE能夠對產品進行退火并優(yōu)化應變松弛，而不會導致不良的結構問題。

這項研究得到了美國能源部科學辦公室、通用電氣全球研究中心、加州大學伯克利分校和日本原子能機構的支持。中子散射在散裂中子源（由ORNL運營的美國能源部科學辦公室用戶設施）和日本散裂中子源的NOBORU (J-PARC)儀器上進行。加州大學伯克利分校能量分辨成像，和MCP/Timepix探測器的開發(fā)工作由DOE資助。