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铁虫 (正式写手)

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[交流] 请3D打印的高人们点评一下已有13人参与

http://www.nanjixiong.com/thread-66559-1-1.html
http://link.springer.com/article/10.1007/s11837-015-1802-0

爆料：美国科学家发现钛金属3D打印件或存在致命缺陷 [复制链接]

一直以来，钛都被认为是最合适3D打印的金属材料之一，所以目前，它的应用范围十分广泛，比如用于制造各种航空航天部件或医疗植入物。但现在，这种情况可能要发生改变了，因为最近卡内基·梅隆大学（CMU）的一项研究发现3D打印的钛金属物体可能存在“相当致命的缺陷”。

据南极熊了解，这种缺陷简单来说就是3D打印的钛金属物体有可能因为内部无数的细小孔隙出现裂缝，而这些孔隙主要是因为3D打印时钛金属粉末在融化后混入了气体。

这种糟糕的结果是CMU借助美国能源部下属阿贡国家实验室（ANL）的高强度同步辐射X射线和微断层摄影工具，通过分析由电子束熔融（EBM）和选择性激光熔融（SLM）技术3D打印的钛金属件后发现的。其中使用的钛金属是最常见Ti-gAI-4V（含6%的铝和4%的钒）。

根据他们的观察，这些钛金属件中的孔隙大小不一，从几微米到几百微米不等，但数量众多而且分布随机，所以在受到一定程度的外力时就很有可能导致内部出现裂缝。

另外，CMU的研究团队还发现了会影响孔隙率的因素，主要就是3D打印机的激光束功率、速度和间距。在使用EBM技术和Ti-gAI-4V进行的实验中，尽管他们在不断地调整了上面这些参数，但是始终没能完全消除打印件内部的孔隙。

“激光束功率不足也是出现孔隙的原因，因为这种情况下有些粉末可能会出现不融。但功率太高也不行，那会提高造成深孔的风险，也就是电子束留下的空隙。”CMU材料科学和工程教授Anthony Rollett表示，“这些孔隙会明显降低钛金属的抗疲劳能力。空隙越多，影响就越大。”

这对于当前使用钛金属的3D打印行业来说无疑是一个沉重打击，要知道金属（尤其是钛）3D打印由于具有很多优点（如成型速度快、自由度高、更节省材料、能降低成本等）已经被许多行业寄予厚望了，而此次的研究却意味着相关的技术和材料（包括钛甚至其它金属）可能必须要改变了。

不过，这也并不意味着世界末日的到来。因为CMU的研究者们发现，虽然完全消除3D打印钛金属件中的孔隙几乎是不可能的，但在不融粉末与太多粉末之间很可能存在着一个“甜点”，可以令3D打印钛金属的效果达到最佳。因此，他们现在已经将研究转向了钛金属处于粉末的初始状态了。

目前，研究者们已经将相关的研究论文发表到了《Journal of Minerals, Metals, and Materials Society》杂志上，标题为《通过同步辐射X射线微断层扫描评估加工参数对电子束熔融Ti-6Al-4V孔隙率的影响》。如果你感兴趣，可以点击这里进入浏览。

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材料小菜鸟，多多关照

1楼 2016-05-28 13:01:22

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众说纷纭：
又来了一篇 http://www.51shape.com/?p=6246
还原真相，有关金属3D打印存在的毛孔不是致命缺陷
| 51SHAPE · 2016/05/31

几天前，3D打印领域掀起了一波有关“卡内基·梅隆大学（CMU）最近进行的一项研究表明，当前的3D打印钛金属部件有可能存在着“致命缺陷”的讨论风潮。

即便是铸造工艺，存在毛孔也实属正常。更何况，对于如何减少甚至消除粉末床金属3D打印技术所带来的毛孔的问题是科学家们一直努力的方向，包括调整加工参数，包括过程中工艺监测和质量控制等等。

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近日，卡内基·梅隆大学官方发布声明3DPI和3Dprint报道歪曲了校方的研究。在两家媒体作者都没有与卡内基·梅隆大学的Anthony Rollett教授沟通的情况下，两家媒体仅仅凭借学校发布的文章，在此基础上自我解读成Fatally flawed – 致命的缺陷。然而，卡内基·梅隆大学所从事的研究并非是发现行业内人人皆知的肉眼很难察觉到的毛孔问题，而是希望通过调整加工工艺来减少和避免毛孔的发生。

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为了融化粉末，必须有充足的激光能量被转移到材料中，以熔化中心区的粉末，从而创建完全致密的部分，但同时热量的传导超出了激光光斑周长，影响到周围的粉末。所以最小的制造尺寸一般比激光斑要大，超出激光点的烧结量取决于粉末的热导率和激光的能量。点击视频链接查看激光和金属的世界发生了什么》

卡内基·梅隆大学材料科学与工程系教授Tony Rollett通过巨大的同步X射线辐射机，足以看到百万分之一米的金属内部细节。X射线扫描金属3D打印的数据被送回匹兹堡来分析金属打印结果与打印参数之间的关系。

科学家们能够通过同步加速器来研究各种各样的材料的内部结构，包括聚合物、生物医学活检和合金。该小组检查了3D打印的金属，金属内部的毛孔是肉眼难以察觉的，甚至小到难以检测到。而Tony Rollett教授的职业生涯就专注于通过研究材料的微观结构来研究材料的性能如抗疲劳强度等。而金属3D打印的目标是融入到世界的主流制造应用过程中，如航空航天部件，生物医学植入物，和高性能的汽车。研究如何控制金属内部的结构与金属的3D打印的质量息息相关。

卡内基·梅隆大学最近的研究表明表明大多数3D打印钛孔隙率可以通过调整机器的工艺参数来消除。更少的毛孔意味着更强大、更可靠的终端部件。

在卡耐基-梅隆大学的NextManufacturing中心，作为全球领先的增材制造研究中心之一，该中心将大量的数据用于分析，以获得更好的理解增材制造过程以及质量控制的能力。

中心利用工程、科学、计算机科学学院的知识体系发展3D打印工艺新的思维方式：设计优化、材料的选择和表征、工艺参数映射、软件开发、零件检查，和产品合格资格。

在大约五年内，NextManufacturing中心计划能够实现如下目标：

－像设计零件的几何形状一样设计加工过程

－监督和控制增材制造过程

－在同一个零件的不同位置体现不同的材料，不同的微观结构和机械性能

－用广泛范围内的金属粉末

－内部孔隙度的消除或设计

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