江苏激光联盟指南：

金属增材制造 (AM) 有望彻底改变我们生产和使用某些零件的方式。与传统的制造方法相比，具有明显的优势。例如，减少材料浪费，节省人工时间，简化复杂几何零件的制造过程。但它并不完美，也存在一些缺陷。只有正视缺陷，不断优化，才能进一步提升其结构性能！

可能存在很多小缺陷或误差（小至 10-50 微米）对产品结构性能的稳定性和连续性构成挑战。但是对于这些不足带来的影响，大家还是比较陌生的。它没有被认真对待。此外，在认证和标准占主导地位的领域，由于缺乏处理数据和标准协议，很难对其进行准确分类。

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▲约翰·约翰霍普金斯应用物理实验室（APL）？来源：官方网站
位于马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯应用物理实验室（Johns Hopkins Applied Physics Laboratory——APL）的研究人员着手更好地了解不同缺陷对 AM 材料机械性能的影响。近期发表于《材料加工技术杂志》，“Uncovering the Coupled Impact of defect morphology”（Uncovering the Coupled Impact ofdefect morphic）和微观结构对激光粉末床熔合制备的Ti-6Al-4V拉伸行为的影响），提供相应的数据来帮助我们了解这些缺陷的影响并帮助我们做出决策。 ?
目前制造AM的方法之一是选择性激光熔化，这是一种利用激光能量熔化金属粉末的工艺。 “激光粉末床融合是一种占主导地位的 AM 制造技术，但由于存在小缺陷，其潜力需要进一步挖掘，”文章作者、APL 研究与探索发展部机械工程师 Steven Storck 说。部门（REDD）。问题是在打印过程中有时会形成微小的气泡或孔隙。这些气孔会给成品带来一定面积强度的不确定性，也会影响其性能。 “所谓缺陷就是未熔合和小孔。前者发生在没有足够的能量使金属粉末床完全熔化时发生；后者是由于能量过大在熔融粉末床中形成流体动力学不稳定性。当能量密度降低时偏离最佳水平，缺陷会越来越大。？
Storck 和研究与勘探开发部的合著者 Timothy Montalbano、Salahudin Nimer、Christopher Peitsch、Joe Sopcisak 和 Doug Trigg，以及海军空战中心飞机分部的 Brandi Briggs 和 Jay Waterman 对研究感兴趣，将这两种缺陷引入样品中，以确定它们对零件机械性能的具体影响。?
结果表明，虽然每种类型的缺陷多次出现都会产生不利影响，但在锁孔中（在相似缺陷密度下）的影响小于缺乏熔化。该团队还发现d 细化锁孔缺陷周围的微观结构可以抵消缺陷的弱化作用。即使在孔隙率高达 4-5% 的区域，它也能产生与孔隙率可忽略不计的零件相同的屈服强度，这是许多机械工程师用来设计零件的目标指标。 ?

▲通过选择性激光在工件表面雕刻“APL”标志熔化（图片来源：Johns Hopkins APL/Ed Whitman） Storck 解释说：“我们修改了激光加工条件以模拟加工过程中的自然缺陷，并模拟了锁孔和缺乏熔化中的三个类似缺陷。然后我们使用X射线计算机断层扫描技术对材料在每种加工条件下进行扫描和量化，了解缺陷尺寸并绘制缺陷分布图，并在单向拉伸试验中比较含有这些缺陷的样品，以确定优选的缺陷域。给定数量的缺陷。”？
这项研究是 APL 和美国海军航空系统司令部正在进行的研究的一部分，目的是了解 AM 制造缺陷的影响。Storck 说：“我们目前的研究正在使用这一发现，结合机器学习，改写我们使用激光熔化加工材料的方式。
管理REDD极限和多功能材料科学项目的Morgan Trexler补充说：“这项工作为未来对AM零件的认证奠定了基础. 形成对加工条件对材料和部件最终显微组织和性能影响的正确认识，可以提供科学依据。安全实施增材制造零件协议。 “
来源：Timothy Montalbano 等人，揭示缺陷形态和微观结构对通过激光粉末床融合制造的 Ti-6Al-4V 拉伸行为的耦合影响，材料加工技术杂志（2021 年）。DOI：10.1016 /

江苏激光联盟陈长军原创作品！

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