LLNL開發(fā)出3D打印高密度金屬件的有效方法

       日前，美國勞倫斯利弗莫爾（Lawrence Livermore）國家實驗室（LLNL）的研究人員開發(fā)出了一種新的、更有效的方法來確定選擇性激光熔融（SLM）制造工藝的正確參數，SLM是一種制造3-D高密度金屬零部件的3D打印技術。
       SLM主要使用高能激光束來逐層熔融金屬粉末以生成零部件。據天 工社了解，某些SLM應用需要的零部件密度非常高，孔隙率往往要求小于1％。而如果對于一些本身就具有較高空隙率屬性的材料而言，這往往會導致打印失敗。
       同時，3D打印具有特定標準和性能規(guī)范的功能部件往往極具挑戰(zhàn)性，因為操作者必須正確設置大量的參數。一些關鍵參數包括激光功率、激光測速，激光掃描線之間的距離、掃描策略和粉末層厚度等。

       如今，LLNL的研究人員已經開發(fā)出一種有效的方法，只需基于簡單的模擬和實驗，就可確定最佳的參數以3D打印出帶有指定特性如高密度的金屬零部件。天工 社發(fā)現，這些模擬主要用來計算熔池（ melt pool）的尺寸，熔池是指在激光融化金屬粉末顆粒時形成的液池。
       “我們挖掘模擬輸出數據，以確定重要的SLM參數和它們的值，這樣產生的熔池剛好夠熔穿粉末到達下面的襯底?！盠LNL的研究人員、論文的主要作者Chandrika Kamath說：“通過使用模擬來指導少量的單軌實驗，我們可以迅速得到生成高密度零部件的參數值。”

       “我們發(fā)現，如果速度太低，那么金屬密度就會降低，這是在激光深融時存在小孔現象（keyhole model），從而導致孔隙。”Kamath寫道，“與此同時，過高的速度會導致熔化不夠，關鍵是要找到合適的參數。”
       LLNL的研究小組發(fā)現，使用不同的粉末會在較低功率下影響密度，但在更高的功率下不能對密度造成影響。
       “此外，對于316L不銹鋼，在更高的功率條件下，在更寬的掃描速度范圍內打印出的零件密度都會更高，不像在低功率的環(huán)境中?！盞amath說?！斑@表明更高的功率可以為選擇工藝參數以優(yōu)化零部件的各種屬性提供更大的靈活性?！?
        雖然在本實驗中主要使用的是316L不銹鋼，但Kamath表示他們的方法同樣適用于其它的金屬粉末為好。
        LLNL的研究結果最終將被用于幫助驗證使用SLM工藝生成的金屬部件的屬性。這篇論文只是幫助研究人員了解如何利用計算機模擬和少量精心選擇的實驗，以有效地確定工藝參數的第一步，Kamath說。
        他們的研究成果名為《400W功率下激光粉末床熔融316L不銹鋼生成增材制造零部件的密度（Density of additively-manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400W）》，近日發(fā)表在《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》上。