日前，美國勞倫斯利弗莫爾（Lawrence Livermore）國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員開發(fā)出了一種新的、更有效的方法來確定選擇性激光熔融（SLM）制造工藝的正確參數(shù)，SLM是一種制造3-D高密度金屬零部件的3D打印技術(shù)。

SLM主要使用高能激光束來逐層熔融金屬粉末以生成零部件。某些SLM應(yīng)用需要的零部件密度非常高，孔隙率往往要求小于1％。而如果對于一些本身就具有較高空隙率屬性的材料而言，這往往會導(dǎo)致打印失敗。

同時，3D打印具有特定標(biāo)準(zhǔn)和性能規(guī)范的功能部件往往極具挑戰(zhàn)性，因?yàn)椴僮髡弑仨氄_設(shè)置大量的參數(shù)。一些關(guān)鍵參數(shù)包括激光功率、激光測速，激光掃描線之間的距離、掃描策略和粉末層厚度等。

如今，LLNL的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種有效的方法，只需基于簡單的模擬和實(shí)驗(yàn)，就可確定最佳的參數(shù)以3D打印出帶有指定特性如高密度的金屬零部件。天工 社發(fā)現(xiàn)，這些模擬主要用來計(jì)算熔池（ melt pool）的尺寸，熔池是指在激光融化金屬粉末顆粒時形成的液池。

“我們挖掘模擬輸出數(shù)據(jù)，以確定重要的SLM參數(shù)和它們的值，這樣產(chǎn)生的熔池剛好夠熔穿粉末到達(dá)下面的襯底。”LLNL的研究人員、論文的主要作者Chandrika Kamath說：“通過使用模擬來指導(dǎo)少量的單軌實(shí)驗(yàn)，我們可以迅速得到生成高密度零部件的參數(shù)值。”

 “我們發(fā)現(xiàn)，如果速度太低，那么金屬密度就會降低，這是在激光深融時存在小孔現(xiàn)象（keyhole model），從而導(dǎo)致孔隙。”Kamath寫道，“與此同時，過高的速度會導(dǎo)致熔化不夠，關(guān)鍵是要找到合適的參數(shù)。”

LLNL的研究小組發(fā)現(xiàn)，使用不同的粉末會在較低功率下影響密度，但在更高的功率下不能對密度造成影響。

“此外，對于316L不銹鋼，在更高的功率條件下，在更寬的掃描速度范圍內(nèi)打印出的零件密度都會更高，不像在低功率的環(huán)境中。”Kamath說。“這表明更高的功率可以為選擇工藝參數(shù)以優(yōu)化零部件的各種屬性提供更大的靈活性。”

雖然在本實(shí)驗(yàn)中主要使用的是316L不銹鋼，但Kamath表示他們的方法同樣適用于其它的金屬粉末為好。

LLNL的研究結(jié)果最終將被用于幫助驗(yàn)證使用SLM工藝生成的金屬部件的屬性。這篇論文只是幫助研究人員了解如何利用計(jì)算機(jī)模擬和少量精心選擇的實(shí)驗(yàn)，以有效地確定工藝參數(shù)的第一步，Kamath說。

他們的研究成果名為《400W功率下激光粉末床熔融316L不銹鋼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）》，近日發(fā)表在《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》上。