调整合金微化学以实现完美金属 3D 打印

在过去的几十年里，金属 3D 打印率先创造了形状复杂、功能强大的定制部件。但随着增材制造商为他们的 3D 打印需求添加了更多合金，因此在创建均匀、无缺陷的零件方面面临挑战。

德克萨斯 A&M 大学研究人员的一项新研究进一步完善了使用激光粉末床融合 3D 打印技术制造优质金属零件的过程。通过结合使用机器学习和单轨 3D 打印实验，他们确定了在微观尺度上打印具有均匀特性的零件所需的有利合金化学成分和工艺参数，如激光速度和功率。

“我们最初的挑战是确保打印部件中没有孔隙，因为这是创造具有增强机械性能的物体的明显杀手，”材料科学与工程系博士生 Raiyan Seede 说。“但是在我们之前的工作中解决了这个挑战之后，在这项研究中，我们深入研究了合金的微观结构微调，以便在比以前更精细的尺度上更好地控制最终打印物体的属性。”

研究人员在《增材制造》杂志上发表了他们的发现。

与其他 3D 打印方法一样，激光粉末床融合也可以逐层构建 3D 金属零件。该过程首先在基板上滚动一层薄薄的金属粉末，然后用激光束沿着跟踪预期零件横截面设计的轨迹熔化粉末。然后，施加另一层粉末并重复该过程，逐渐构建最终部件。

用于增材制造的合金金属粉末可能非常多样化，包含不同浓度的金属混合物，例如镍、铝和镁。在打印过程中，这些粉末在被激光束加热后迅速冷却。由于合金粉末中的各个金属具有非常不同的冷却特性，因此以不同的速度凝固，这种不匹配会产生一种称为微偏析的微观缺陷。

“当合金粉末冷却时，单个金属会沉淀出来，” Seede 说。“想象一下将盐倒入水中。当盐的量很少时，它会立即溶解，但是随着您倒入更多的盐，不溶解的多余盐颗粒开始以晶体形式沉淀出来。从本质上讲，这就是我们的金属合金在打印后迅速冷却时发生的情况。”

他说，这种缺陷表现为微小的口袋，其中包含的金属成分浓度与打印部件的其他区域略有不同。这些不一致会损害打印对象的机械性能。

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