ORNL控制先進(jìn)的3D打印質(zhì)量研究過程

當(dāng)你使用3D打印的時候，你會期望你在電腦屏幕上看到的圖像會在3D打印機上完美地重現(xiàn)。但情況并非總是如此，尤其是涉及到更為復(fù)雜的工業(yè)金屬打印時。要完全控制3D打印對象所具有的材質(zhì)屬性是很困難的。

人們錯誤地認(rèn)為打印的東西和設(shè)計的東西是一樣的，由于多種加熱、融化和冷卻原材料，這些都是相互關(guān)聯(lián)的，而且本質(zhì)上是相互依賴的，打印出的物品涉及到一種非常復(fù)雜的材料變化。

復(fù)雜的3D打印過程會影響諸如孔隙度、缺陷結(jié)構(gòu)和非均勻微觀結(jié)構(gòu)等因素，這些都是影響零件最終性能的重要因素。如果任何東西都有一點點偏離，那最終得到的就不會像電腦上看到的一樣。當(dāng)涉及航空航天應(yīng)用中使用的關(guān)鍵部件時，性能、材料、大小絕對是絲毫不差的，因此必須對每個部件進(jìn)行全面的測試和檢查。這增加了生產(chǎn)成本，限制了原材料制造的實際價值。

3D打印零件，過程是漫長和昂貴的，如果零件的幾何形狀發(fā)生變化，整個過程必須重新開始，以得到新的幾何形狀。為了在工業(yè)應(yīng)用中廣泛使用的原材料制造技術(shù)，為ORNL的制造演示設(shè)備提供線索。ORNL需要證明這一過程的能力，而不是單個零件。原材料制造的另一個主要挑戰(zhàn)是殘余應(yīng)力和變形，在處理過程中，這些復(fù)雜的熱循環(huán)會產(chǎn)生大量的內(nèi)部殘余應(yīng)力，并且在一定程度上可能會有很大的變化，最終表現(xiàn)為扭曲。

有一種有效檢測殘余應(yīng)力和缺陷的方法是通過中子分析在ORNL的高通量同位素反應(yīng)堆和Spallation中子源中檢測。這個過程可以在一個大的組件中顯示出扭曲和孔隙度，而不需要把這個組件分開。中子可以很容易地通過金屬，可以在一個制造樣本中看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特征。

為了充分利用信息中子分析提供的優(yōu)勢，研究人員需要徹底監(jiān)測產(chǎn)生零件的條件。紅外線攝像機記錄了光束擊中金屬粉末時的精確溫度，而其他儀器則監(jiān)測打印室內(nèi)的壓力，打印表面的粗糙度，以及電源供應(yīng)的變化，以及其他的信息。ORNL已經(jīng)創(chuàng)建一項開源軟件工具組合，幫助用戶更好地了解添加劑制造流程的細(xì)微差別。這些工具可以用來證明機器是按預(yù)期運行的，并且生產(chǎn)出高質(zhì)量的部件。一個跨學(xué)科的團(tuán)隊還通過結(jié)合材料科學(xué)、制造、數(shù)據(jù)分析、傳感、建模、高性能計算和中子科學(xué)的專業(yè)知識，將物理現(xiàn)象和過程結(jié)果聯(lián)系起來，從而將數(shù)據(jù)分析結(jié)果與背景相結(jié)合。

ORNL的目標(biāo)是檢查已得出的數(shù)據(jù)并找到將導(dǎo)致其類型的缺陷，微觀結(jié)構(gòu)或?qū)傩缘囊幌盗惺录�，能自動捕捉到這些信息，并將其輸出為質(zhì)量指標(biāo)。這個過程可以讓3D打印部件在關(guān)鍵的應(yīng)用程序中使用，從而深入分析每一個可以直接投入服務(wù)的3D打印部件，這些部件是“天生合格的”。

來源：中關(guān)村在線