LLNL开发出3D打印高密度金属件的有效方法
日前，美国劳伦斯利弗莫尔（Lawrence Livermore）国家实验室（LLNL）的研究人员开发出了一种新的、更有效的方法来确定选择性激光熔融（SLM）制造工艺的正确参数，SLM是一种制造3-D高密度金属零部件的3D打印技术。
SLM主要使用高能激光束来逐层熔融金属粉末以生成零部件。据了解，某些SLM应用需要的零部件密度非常高，孔隙率往往要求小于1％。而如果对于一些本身就具有较高空隙率属性的材料而言，这往往会导致打印失败。
同时，3D打印具有特定标准和性能规范的功能部件往往极具挑战性，因为操作者必须正确设置大量的参数。一些关键参数包括激光功率、激光测速，激光扫描线之间的距离、扫描策略和粉末层厚度等。
如今，LLNL的研究人员已经开发出一种有效的方法，只需基于简单的模拟和实验，就可确定最佳的参数以3D打印出带有指定特性如高密度的金属零部件。这些模拟主要用来计算熔池（ melt pool）的尺寸，熔池是指在激光融化金属粉末颗粒时形成的液池。
“我们挖掘模拟输出数据，以确定重要的SLM参数和它们的值，这样产生的熔池刚好够熔穿粉末到达下面的衬底。”LLNL的研究人员、论文的主要作者Chandrika Kamath说：“通过使用模拟来指导少量的单轨实验，我们可以迅速得到生成高密度零部件的参数值。”
“我们发现，如果速度太低，那么金属密度就会降低，这是在激光深融时存在小孔现象（keyhole model），从而导致孔隙。”Kamath写道，“与此同时，过高的速度会导致熔化不够，关键是要找到合适的参数。”
LLNL的研究小组发现，使用不同的粉末会在较低功率下影响密度，但在更高的功率下不能对密度造成影响。
“此外，对于316L不锈钢，在更高的功率条件下，在更宽的扫描速度范围内打印出的零件密度都会更高，不像在低功率的环境中。”Kamath说。“这表明更高的功率可以为选择工艺参数以优化零部件的各种属性提供更大的灵活性。”
虽然在本实验中主要使用的是316L不锈钢，但Kamath表示他们的方法同样适用于其它的金属粉末为好。
LLNL的研究结果最终将被用于帮助验证使用SLM工艺生成的金属部件的属性。这篇论文只是帮助研究人员了解如何利用计算机模拟和少量精心选择的实验，以有效地确定工艺参数的第一步，Kamath说。
他们的研究成果名为《400W功率下激光粉末床熔融316L不锈钢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）》，近日发表在《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》上。
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