【解析】3D打印微桁架中的缺陷分布

金屬3D打印技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是電子束選區(qū)熔化（EBM）和激光選區(qū)熔化（SLM），使得傳統(tǒng)技術(shù)難以制備的微桁架結(jié)構(gòu)成為了當(dāng)前3D打印領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。現(xiàn)有研究大多通過改變單胞的立體結(jié)構(gòu)，來研究微桁架材料的力學(xué)性能，但對于微桁架的微觀組織對力學(xué)性能的影響還缺乏充分研究。與此同時(shí)，金屬3D打印過程產(chǎn)生氣孔、熔合不良等微觀缺陷也會對桁架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。

英國謝菲爾德大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)采用電子束選區(qū)熔化技術(shù)（EBM）制備了不同孔隙率的Ti-6Al-4V十字網(wǎng)格微桁架材料，通過對桁架進(jìn)行不同的熱處理，以此來闡明為微觀組織和缺陷對微桁架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響。

研究結(jié)果表明，低于β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)，熱處理對桁架微觀組織的影響不大；而在β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上熱處理時(shí)，不僅粗化了微觀組織，而且使得微桁架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度下降了10%。另外，EBM制備的微桁架材料單胞桿的直徑（孔隙率）與其壓縮強(qiáng)度符合簡單的Gibson- Ashby函數(shù)關(guān)系。

作者用μ-CT獲得了不同孔隙率的微桁架結(jié)構(gòu)中缺陷的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)不同生長方向的缺陷分布不同。對于豎直方向生長的單胞而言，其缺陷大多分布在電子束掃描的搭接處，而對于水平生長而言，缺陷則大多分布在單胞桿表面，并且不同位置缺陷的形成機(jī)制進(jìn)行了解釋。

作者： 楊坤 湯慧萍

來源： 3D打印分會中國機(jī)械工程學(xué)會

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