X射線成像技術，實時觀察激光金屬3D打印部件的缺陷

　　激光金屬3D打印技術工藝過程，容易產生各種缺陷，特別是在大型零件的打印時。如果我們可以實時觀測熔池的打印情況，就可以清晰地了解缺陷的原因，將對整個金屬3D打印領域產生巨大的影響。

　　美國的一組科學家團隊正在利用X射線成像技術研究SLM激光熔融3D打印的金屬部件，從而確定金屬3D打印部件缺陷形成的原因，并探索如何減輕這些缺陷。

　　為了實施該項目，LLNL研究員Nick Calta及其團隊設計了一種便攜式診斷機，能夠使用X射線成像探測金屬3D打印過程。該機器最終幫助研究人員對金屬增材制造工藝有了新的認識。Calta表示：“絕大多數診斷使用可見光，但也僅限于分析零件的表面，如果我們真的要理解這個過程并看到導致瑕疵的原因，我們需要探測零件的內部，這個儀器可以幫助我們做到。“

　　便攜式診斷機專門設計用于在激光粉末床熔合過程中觀察和探測熔池。熔池是激光與金屬粉末接觸的區域，能夠熔合并產生形成3D打印部件的層。為了確保儀器按照研究初衷運行，LLNL團隊必須將其運輸到SLAC。然后安裝了SLAC的“同步加速器”，這是制作高能X射線研究樣品所必需的。

　　使用該機器，研究人員能夠成功地觀察到表面下熔池的動態變化。它提供了有關成像和X射線衍射組合的有用數據，這有助于研究人員觀察和了解激光粉末床融合過程中金屬如何凝固，這是部件強度的關鍵決定因素。

　　卡爾塔說：“到目前為止，我們的結果意義重大。我們希望繼續優化儀器并將其應用于不同的材料系統。我們已經擁有了大量基于光學數據的數據，這使我們能夠分支出來并補充這些數據。“

　　LLNL物理學家Ibo Matthews表示，觀察熔池的層形成過程以及X射線圖像已經證實了先前做出的預測。這些預測激光的路徑，熱量積聚和激光產生的氣流會在打印部件產生缺陷，如毛孔，這會在受到壓力時導致部件開裂。研究人員表示，通過建模和詳細實驗來編譯缺陷知識可能有助于加速金屬3D打印的改進和信心。

　　盡管研究仍處于早期階段，但Calta已經表示，研究人員已經迅速開始繪制毛孔的形成并確定冷卻速率的信息。利用X射線成像診斷機，預計該研究將幫助我們更好理解激光熔融過程，從而引起各種行業對金屬3D打印的進一步興趣。

　　Matthews說：“我們正在獲得有關熔池結構的信息以及在構建過程中可能出現的問題，通過激光加熱熔池產生的氣流可以產生缺陷和毛孔，這些孔隙缺陷可以形成集中應力，并且會損害部件的機械性能。”