蓋世汽車訊 過去幾十年，在制造具有復雜形狀和高功能的定制部件方面，金屬3D打印技術一直處于領先地位。隨著添加劑制造商在3D打印過程中加入更多的合金，制造統一、無缺陷的部件也面臨挑戰。

（圖片來源：得州農工大學）

據外媒報道，得州農工大學（Texas A&M University）的研究人員，進一步完善使用激光粉末床熔合3D打印技術制造優質金屬部件的過程。通過結合機器學習和單軌3D打?。╯ingle-track 3D printing）實驗，已確定有利的合金化學和工藝參數，如激光速度和功率，以在微尺度范圍內打印具有均勻性能的部件。

材料科學與工程系博士生Raiyan Seede表示：“最初面臨的挑戰是，如何確保打印部件中沒有孔隙。對于制造具有更高機械性能的物體，這是重要影響因素。在之前的工作中，我們已解決了這一挑戰。在這項研究中，我們深入研究如何微調合金的微觀結構，以便更好地控制最終打印物體的性能，達到比以前更精細的尺度。”

與其他3D打印方法一樣，激光粉床融合也可以逐層構建3D金屬部件。在這一過程中，首先在基板上鋪上一層薄薄的金屬粉末，然后用激光束沿著跟蹤目標部件橫截面設計的軌道熔化粉末。然后，再涂上一層粉末，并重復這一過程，逐漸形成最后的部件。用于添加劑制造的合金金屬粉末相當多樣化，包含不同濃度的鎳、鋁和鎂等金屬混合物。在打印過程中，這些粉末被激光束加熱后迅速冷卻。由于合金粉末中的各種金屬具有極為不同的冷卻性能，因此會以不同的速度凝固。這種不匹配會產生一種微觀缺陷，稱為微偏析。

Seede表示：“當合金粉末冷卻時，單種金屬就會析出。想象一下把鹽倒進水里。當鹽的量很少時，會立刻溶解；當你加入更多的鹽，多余的鹽顆粒無法溶解，開始以晶體的形式沉淀出來。從本質上來說，當我們的金屬合金在打印后迅速冷卻，就會發生這種情況?！边@些缺陷看起來像小口袋，與打印部分的其他區域相比，里面的金屬成分濃度略有差異。這些不一致性會影響打印物體的機械性能。

為了矯正這種微缺陷，研究團隊研究了四種含有鎳和另一種金屬成分的合金的凝固過程，尤其是當鎳基合金中其他金屬濃度增加時，每種合金在不同溫度下的物理狀態或相。通過具體的相圖，研究人員可以確定合金的化學成分，從而在增材制造過程中將微偏析降至最低。

接下來，研究人員針對不同的激光設置熔化單軌合金金屬粉末，并確定可以生產無孔隙部件的工藝參數。然后，將從相圖中收集到的信息，與從單軌實驗中收集到的信息相結合，以獲得激光設置和鎳合金成分的綜合視圖，從而生產無孔隙打印部件，而不會出現微偏析。

最后，研究人員進一步訓練機器學習模型，以識別單軌實驗數據和相圖模式，開發適用于其他任何合金的微偏析方程。Seede表示，該方程旨在根據凝固范圍、材料特性以及激光功率和速度來預測偏析程度。材料科學與工程系負責人Ibrahim Karaman表示：“我們的方法有助于在增材制造過程中成功使用不同成分的合金，而不必擔心引入缺陷，即使在微觀尺度上也是如此。這項工作將對航空航天、汽車和國防工業大有裨益，這些行業一直在尋找更好的方法來制造定制金屬部件?！?/p>

研究人員表示，以前主要通過昂貴、耗時的實驗來優化加工條件。現在，這種方法的獨特之處在于其簡單性，便于行業使用所選合金制造堅固、無缺陷的部件。

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