蓋世汽車訊 過去幾十年，在制造具有復(fù)雜形狀和高功能的定制部件方面，金屬3D打印技術(shù)一直處于領(lǐng)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(tǒng)一、無缺陷的部件也面臨挑戰(zhàn)。

（圖片來源：得州農(nóng)工大學(xué)）

據(jù)外媒報道，得州農(nóng)工大學(xué)（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(shù)制造優(yōu)質(zhì)金屬部件的過程。通過結(jié)合機器學(xué)習(xí)和單軌3D打?。╯ingle-track 3D printing）實驗，已確定有利的合金化學(xué)和工藝參數(shù)，如激光速度和功率，以在微尺度范圍內(nèi)打印具有均勻性能的部件。

材料科學(xué)與工程系博士生Raiyan Seede表示：“最初面臨的挑戰(zhàn)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(zhàn)。在這項研究中，我們深入研究如何微調(diào)合金的微觀結(jié)構(gòu)，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?！?/p>

與其他3D打印方法一樣，激光粉床融合也可以逐層構(gòu)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(biāo)部件橫截面設(shè)計的軌道熔化粉末。然后，再涂上一層粉末，并重復(fù)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(dāng)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(chǎn)生一種微觀缺陷，稱為微偏析。

Seede表示：“當(dāng)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(dāng)鹽的量很少時，會立刻溶解；當(dāng)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(zhì)上來說，當(dāng)我們的金屬合金在打印后迅速冷卻，就會發(fā)生這種情況。”這些缺陷看起來像小口袋，與打印部分的其他區(qū)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(dāng)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(tài)或相。通過具體的相圖，研究人員可以確定合金的化學(xué)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(shè)置熔化單軌合金金屬粉末，并確定可以生產(chǎn)無孔隙部件的工藝參數(shù)。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(jié)合，以獲得激光設(shè)置和鎳合金成分的綜合視圖，從而生產(chǎn)無孔隙打印部件，而不會出現(xiàn)微偏析。

最后，研究人員進一步訓(xùn)練機器學(xué)習(xí)模型，以識別單軌實驗數(shù)據(jù)和相圖模式，開發(fā)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(jù)凝固范圍、材料特性以及激光功率和速度來預(yù)測偏析程度。材料科學(xué)與工程系負責(zé)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(dān)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(yè)大有裨益，這些行業(yè)一直在尋找更好的方法來制造定制金屬部件。”

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

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