在过去的几十年里，金属3D打印在创造复杂形状和高功能的定制部件方面走在了前沿。但随着添加剂制造商为满足3D打印需求，添加了更多的合金，因此在制造统一、无缺陷的零部件方面也面临挑战。
德克萨斯农工大学研究人员的一项新研究进一步完善了使用激光粉末床熔合3D打印技术制造优质金属部件的过程。通过结合机器学习和单轨3D打印实验，他们已经确定了有利的合金化学和工艺参数，如激光速度和功率，需要在微尺度上打印具有均匀性能的零件。
“我们最初的挑战是确保打印部件中没有气孔，因为这是创造具有更高机械性能的物体的明显杀手，”材料科学与工程系的博士生赖燕·赛德说。亚博网站下载亚博老虎机网登录“但在我们之前的工作中解决了这一挑战后，在这项研究中，我们深入研究了合金微观结构的微调，以便在比以前更精细的尺度上，对最终打印物体的性能有更多的控制。”
研究人员在该杂志上发表了他们的发现加法制造。
与其他3D打印方法一样，激光粉末床熔合也可以逐层构建3D金属零件。该过程首先在基板上滚动一层薄薄的金属粉末，然后用激光束沿着预定零件的横截面设计轨迹熔化粉末。然后，再涂上一层粉末，重复这一过程，逐渐形成最后的部分。
用于增材制造的合金金属粉末可能非常不同，包含不同浓度的金属混合物，如镍、铝和镁。在印刷过程中，这些粉末被激光束加热后迅速冷却。由于合金粉末中的单个金属具有非常不同的冷却性能，因此以不同的速度凝固，这种不匹配会产生一种称为微偏析的微观缺陷。
当合金粉末冷却时，单独的金属就会析出，Seede说。“想象一下把盐倒进水里。当盐的量很小的时候，它就会立刻溶解，但是当你倒更多的盐，多余的没有溶解的盐颗粒开始以晶体的形式沉淀出来。yabo214本质上，这就是我们的金属合金在打印后迅速冷却时所发生的事情。”
他说，这个缺陷看起来像小口袋，里面的金属成分浓度与印刷部分的其他区域略有不同。这些不一致会损害打印物体的机械性能。
为了矫正这种微缺陷，研究小组研究了四种含有镍和另一种金属成分的合金的凝固过程。特别是，对于每一种合金，他们研究了镍基合金中其他金属浓度增加时，在不同温度下的物理状态或相。因此，从详细的相图中，他们可以确定合金的化学成分，在增材制造过程中导致最小的微偏析。
接下来，他们为不同的激光设置熔化了单一的合金金属粉末轨迹，并确定了生产无孔隙零件的工艺参数。然后，他们将从相图中收集到的信息与从单轨实验中收集到的信息结合起来，得到了激光设置和镍合金成分的统一视图，这将产生无孔隙、无微偏析的打印零件。
最后，研究人员进一步训练了机器学习模型，以识别单轨实验数据和相图中的模式，从而开发出适用于任何其他合金的微偏析方程。Seede表示，该方程旨在预测给定凝固范围、材料性能、激光功率和速度的偏析程度。
“我们的方法简化了不同成分的合金用于增材制造的成功使用，而不用担心引入缺陷，即使是在微尺度上，”易卜拉欣·卡拉曼博士说，他是雪佛龙的I教授和材料科学与工程系主任。亚博网站下载亚博老虎机网登录“这项工作将对航空航天、汽车和国防工业大有裨益，这些行业一直在寻找更好的方法来制造定制金属部件。”
研究合作者Raymundo Arroyavé博士和Alaa Elwany博士补充说，他们的方法的独特之处在于其简单性，可以很容易地被工业采用，以选择一种合金来制造坚固、无缺陷的部件。他们指出，他们的方法与之前主要依靠昂贵、耗时的实验来优化加工条件的努力形成了对比。
Arroyavé是材料科学和工程系的教授，Elwany是Wm 亚博网站下载Mich亚博老虎机网登录ael Barnes '64工业和系统工程系的副教授。该研究的其他贡献者包括来自材料科学与工程系的Austin Whitt和William Trehern以及来自工业与系统工程系的Jiahui Ye。亚博网站下载亚博老虎机网登录
这项研究得到了美国陆军研究办公室和国家科学基金会的支持。亚博老虎机网登录
来源:https://www.tamu.edu/