SLAC國家加速器實驗室正在研究如何避免金屬3D打印零件的缺陷。其X射線觀察過程可以產生更可靠的3D打印部件。

無論您的3D打印機是在家里、工廠、船上，還是在太空中，您總是希望您的3D打印物盡可能出現少的缺陷，無論是為了審美目的，還是為了確保其功能關鍵部分。然而，有時候，識別缺陷的原因可能很困難：是3D打印材料還是3D打印機本身?也許這個缺陷來自用于構建零件的CAD 3D模型?

SLAC國家加速器實驗室的科學家們同樣好奇，為什么3D打印部件(特別是金屬3D打印部件)容易出現缺陷，所以他們使用裝有X射線的觀察臺來更好地理解使3D打印出錯的原因?？茖W家們認為這項研究可以使各種3D打印產品制造商受益，例如航空航天、汽車和醫療保健等行業。

這項研究正在實驗室的斯坦福同步輻射光源(SSRL)上進行，并得到美國能源部勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和艾姆斯實驗室的科學家的協助。這些科學家一起使用兩種X射線方法來觀察金屬3D打印過程中發生了什么-這是一項令人難以置信的有用的技術，但尚未完善。

SLAC工作人員兼項目負責人Johanna Nelson Weker表示：“借助3D打印技術，您可以制作具有復雜幾何形狀的部件，這些部件不能像普通金屬部件那樣進行鑄造。從理論上說，這可以是一個快速的轉變：簡單地設計、發送、從遠程位置打印。但是我們還沒有。我們仍然需要弄清楚所有參與制造堅固零件的參數?！?/span>

 
讀者可能非常清楚FDM 3D打印機可能出現的各種缺陷，但是金屬3D打印機存在自身的一系列問題。例如，在選擇性激光熔化(SLM)過程中，熔化激光束過程在金屬冷卻和硬化時不均勻地產生坑或弱點，同時建立層。但為什么會發生呢，怎樣才能避免呢?

在這些研究過程中，SLAC科學家們正試圖深入這個增材制造問題的底部，分析所使用的金屬的種類，激光的熱量水平，金屬加熱和冷卻的速度以及可能會導致3D打印部件缺陷的其他因素。
SSRL材料科學部門的科學家Chris Tassone評論說：“我們提供的基礎物理研究將幫助我們確定金屬3D打印的哪些方面非常重要。”

科學家們認為，使用X射線而不是熱成像裝置可以揭開礦坑形成的秘密。他們正在使用兩種不同的X射線技術，一種是捕獲微米分辨率圖像，當金屬層積聚時會發生什么，另一種是從材料中的原子反射X射線來分析其原子結構，然后冷卻。

目前，研究人員Nelson Weker和Tassone、Kevin Stone、Anthony Fong、Andrew Kiss、Vivek Thampy還沒有得到任何明確的答案，但他們相信新的X射線設置可以幫助了解金屬3D打印形成坑和弱點的原因。該研究還將用于觀察其他種類的金屬3D打印，包括定向能量沉積。

隨著研究的不斷深入，科學家們還計劃在這個過程中引入其他的觀測工具，包括一個可以收集制造過程照片和錄像的高速攝像機。然后，他們將能夠在某些點將他們的圖像與他們的X射線數據相匹配，以便更全面地了解金屬3D打印部件正在發生的事情。

Nelson Weker解釋說：“我們希望制造商能夠將他們在相機上看到的東西與我們在這里測量的東西聯系起來，以便他們能夠推斷出金屬材料表面下發生了什么?！?/span>