雖然當(dāng)前的3D打印技術(shù)發(fā)展得很快，但是它確實在工藝本身和最終產(chǎn)品上偶然會出現(xiàn)缺陷。美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員正在更深入地探究這些缺陷發(fā)生的原因，以及如何對工藝進行改進。 

    眾所周知，3D打印大多依靠熱能發(fā)揮作用，由此帶來的熱量和溫度波動會引起殘余應(yīng)力，造成最終的制成品會出現(xiàn)一些問題。

    而測量應(yīng)力，以弄清楚如何防止它的出現(xiàn)，正是在LLNL的Amanda Wu和她的團隊正在做的事情。Wu和團隊成員Wayne King、Gilbert Gallegos和Mukul Kumar都參與了LLNL發(fā)起的金屬增材制造的加速認(rèn)證（ACAMM）的戰(zhàn)略倡議。

Amanda Wu

    吳和她的團隊也很幸運的與美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）建立了合作關(guān)系，由LANL使用中子衍射（ND）技術(shù)幫助他們測試并驗證研究結(jié)果的有效性。這點的確是一個幸運的合作，在全美只有三個聯(lián)邦研究實驗室擁有進行中子衍射研究所需的高能中子源。

    吳和她的團隊使用破壞性分析，這是一種傳統(tǒng)的方法，并結(jié)合高科技的數(shù)字散斑相關(guān)方法（DIC）。他們用3D打印部件前后的圖像獲得的定量數(shù)據(jù)來測量3D打印的部件的應(yīng)力。這是分析問題都會有的一個很簡單的思路，但難的是如何實施。 

    使用帶雙攝像頭設(shè)置的DIC技術(shù)，Wu和她的團隊能夠研究溫度對3D打印產(chǎn)品的影響，并測量外部殘余應(yīng)力。然后由LANL的 Donald Brown參與進來，使用中子衍射技術(shù)進行測量，簡單地說，該技術(shù)它能夠及時探查并發(fā)現(xiàn)它正在發(fā)生什么事情。 

    “我們花了很多時間對殘余應(yīng)力進行了系統(tǒng)的研究，這使我們能夠?qū)σ郧盁o法量化的東西進行測量。”吳說。“這對于校準(zhǔn)我們的增材參數(shù)，使殘余應(yīng)力最小化是至關(guān)重要的。”

    如果一個3D打印的部件能夠不受殘余應(yīng)力的影響，它會完美、無失真地結(jié)合在一起。這是研究殘余應(yīng)力的關(guān)鍵，因為當(dāng)它影響到3D打印的產(chǎn)品是，該應(yīng)力就會發(fā)生并顯示在切割界面。Wu和她的研究小組可以分析之前和之后的圖像，并利用零部件上的斑點圖案，以檢測失真。

Amanda Wu使用DIC方法對增材制造的部件進行成像

    LLNL團隊的DIC結(jié)果經(jīng)過了中子衍射實驗的驗證。這些發(fā)現(xiàn)是突破性的，因為它們證明了應(yīng)力和激光功率、速度之間的相關(guān)性，以及如何調(diào)整激光掃描矢量長度才能更正確地控制溫度和減少失真引起的應(yīng)力，及旋轉(zhuǎn)所述激光掃描矢量。 

    該團隊研究結(jié)果的意義在于，能夠幫助3D打印行業(yè)：

    在制造過程中校準(zhǔn)過程參數(shù)，以減少殘余應(yīng)力。

    調(diào)整激光設(shè)置（功率和速度）、掃描參數(shù)（模式、方向角和重疊），以制造出更可靠的部件。