ORNL控制先進的3D打印質量研究過程

當你使用3D打印的時候,，你會期望你在電腦屏幕上看到的圖像會在3D打印機上完美地重現(xiàn),。但情況并非總是如此,，尤其是涉及到更為復雜的工業(yè)金屬打印時,。要完全控制3D打印對象所具有的材質屬性是很困難的,。

人們錯誤地認為打印的東西和設計的東西是一樣的,，由于多種加熱,、融化和冷卻原材料，這些都是相互關聯(lián)的,，而且本質上是相互依賴的,，打印出的物品涉及到一種非常復雜的材料變化。

復雜的3D打印過程會影響諸如孔隙度,、缺陷結構和非均勻微觀結構等因素,，這些都是影響零件最終性能的重要因素。如果任何東西都有一點點偏離,，那最終得到的就不會像電腦上看到的一樣,。當涉及航空航天應用中使用的關鍵部件時，性能,、材料,、大小絕對是絲毫不差的，因此必須對每個部件進行全面的測試和檢查,。這增加了生產成本,，限制了原材料制造的實際價值。

3D打印零件,，過程是漫長和昂貴的,，如果零件的幾何形狀發(fā)生變化，整個過程必須重新開始,，以得到新的幾何形狀,。為了在工業(yè)應用中廣泛使用的原材料制造技術，為ORNL的制造演示設備提供線索,。ORNL需要證明這一過程的能力,，而不是單個零件。原材料制造的另一個主要挑戰(zhàn)是殘余應力和變形,，在處理過程中,，這些復雜的熱循環(huán)會產生大量的內部殘余應力，并且在一定程度上可能會有很大的變化,，最終表現(xiàn)為扭曲,。

有一種有效檢測殘余應力和缺陷的方法是通過中子分析在ORNL的高通量同位素反應堆和Spallation中子源中檢測,。這個過程可以在一個大的組件中顯示出扭曲和孔隙度，而不需要把這個組件分開,。中子可以很容易地通過金屬,，可以在一個制造樣本中看到內部結構和特征。

為了充分利用信息中子分析提供的優(yōu)勢,，研究人員需要徹底監(jiān)測產生零件的條件,。紅外線攝像機記錄了光束擊中金屬粉末時的精確溫度，而其他儀器則監(jiān)測打印室內的壓力,，打印表面的粗糙度,，以及電源供應的變化，以及其他的信息,。ORNL已經創(chuàng)建一項開源軟件工具組合,，幫助用戶更好地了解添加劑制造流程的細微差別。這些工具可以用來證明機器是按預期運行的,，并且生產出高質量的部件,。一個跨學科的團隊還通過結合材料科學、制造,、數(shù)據(jù)分析,、傳感、建模,、高性能計算和中子科學的專業(yè)知識,，將物理現(xiàn)象和過程結果聯(lián)系起來，從而將數(shù)據(jù)分析結果與背景相結合,。

ORNL的目標是檢查已得出的數(shù)據(jù)并找到將導致其類型的缺陷,，微觀結構或屬性的一系列事件，能自動捕捉到這些信息,，并將其輸出為質量指標,。這個過程可以讓3D打印部件在關鍵的應用程序中使用，從而深入分析每一個可以直接投入服務的3D打印部件,，這些部件是“天生合格的”,。

來源：中關村在線