近日，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員正在探索使用金屬3D打印技術(shù)來為先進(jìn)的激光系統(tǒng)達(dá)到高強(qiáng)度、低重量的結(jié)構(gòu)——他們稱這將改變激光器未來的設(shè)計(jì)方式。
在LLNL內(nèi)部的一個實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研發(fā)（LDRD）項(xiàng)目中，物理學(xué)家Ibo Matthews和他的團(tuán)隊(duì)正在使用一臺研究用的金屬3D打印機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，據(jù)天工社了解，這款金屬3D打印機(jī)目前全世界只有4臺，它使用了一套定制的軟件平臺，可以實(shí)現(xiàn)前所未有的設(shè)計(jì)控制。
據(jù)悉，這款基于粉末床的激光熔融3D打印機(jī)是由弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）和德國初創(chuàng)企業(yè)Aconity 3D共同制造的，并于2015年12月安裝在LLNL。后來，LLNL的工程師們在機(jī)器上又增加了診斷模塊和高速攝像機(jī)以研究熱輻射，并對3D打印中零部件的表面進(jìn)行拍照。Matthews稱，這樣的改裝可以幫助研究人員確定在3D打印過程中缺陷或者變形是如何出現(xiàn)的。
“這套系統(tǒng)非常靈活，它使我們可以更改任何想要的參數(shù)。”他說。“我們正在建立置信度，如果有任何缺陷發(fā)生，我們的目標(biāo)是用戶會在構(gòu)建結(jié)束后擁有一個3D“地圖”，這個“地圖”會告訴用戶缺陷發(fā)生在哪里和發(fā)生了什么。”
目前，Matthews和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在美國國家點(diǎn)火設(shè)施（NIF）和定向能源項(xiàng)目的支持下獲得了關(guān)于激光材料處理和相互作用的知識，并正在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)新的金屬3D打印方法。而且他們的這項(xiàng)工作也是擴(kuò)大NIF&光子科學(xué)（NIF & PS）的激光應(yīng)用范圍，以及保持LLNL在激光物質(zhì)相互作用科學(xué)領(lǐng)域競爭力的整體戰(zhàn)略的一部分。此外，NIF科學(xué)家們也對于金屬3D打印平臺在激光領(lǐng)域的應(yīng)用感興趣——不僅限于NIF，還包括那些需要非常輕量級部件的機(jī)載遙感和航空掃描系統(tǒng)方面的應(yīng)用。
“通過對3D打印進(jìn)行精密、預(yù)測性的控制，你可以將剛度放在需要的地方。”防御技術(shù)部的NIF&PS項(xiàng)目主任Mike Carter說：“你可以為光纖激光器及底座創(chuàng)建具有功能梯度的結(jié)構(gòu)，這是用傳統(tǒng)制造方式不可能實(shí)現(xiàn)的。”
實(shí)際上，NIF已經(jīng)開始將3D打印的金屬部件用在其激光器結(jié)構(gòu)中了。但是，為了能夠更加常規(guī)地在關(guān)鍵系統(tǒng)中使用他們，研究人員必須保證每個部件都是好的。
于是，為了加快這一認(rèn)證過程，實(shí)驗(yàn)室工程師正試圖通過采取完全不同的方法縮短開發(fā)階段——這是一種基于計(jì)算機(jī)模型的“前饋”方法，而不是試錯。如果成功，LLNL物理和生命科學(xué)局的Wayne King稱，這項(xiàng)研究將能夠從根本上改變金屬部件——包括那些在光學(xué)系統(tǒng)中使用的——的設(shè)計(jì)、制造方式。
“除非你采取基于科學(xué)的做法，否則你不會知道為什么A部件與B部件不一樣。”King說：“我們正在推動最為前沿的科技，實(shí)際上，我們已經(jīng)看到了該技術(shù)的一些應(yīng)用。”
在從去年開始的LDRD項(xiàng)目中，Matthews和他的團(tuán)隊(duì)將會把金屬3D打印、高保真光學(xué)診斷與高性能計(jì)算結(jié)合起來，為他們金屬3D打印零件創(chuàng)建更高的置信度。這個項(xiàng)目計(jì)劃要進(jìn)行三年的時(shí)間。
“我們想要做的是在模擬的基礎(chǔ)上推動這個過程，并在光學(xué)監(jiān)控的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一種認(rèn)證的“數(shù)字指紋”，以確保部件在第一次3D打印時(shí)就是正確的。”Matthews說。
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