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新加坡科學家用SLM方法增強金屬3D打印部件的延展性和韌性

     新加坡的一個研究小組最近對SLM(選擇性激光熔化)3D打印技術進行了一項研究,對于使用金屬AM工藝的制造項目來說,這些研究結果可能是非常寶貴的。在NPG亞洲材料雜志上發表的一篇名為“通過選擇性激光熔融同時增強3D打印不銹鋼316L強度和延展性”的論文中概述了這項研究的結果。作者是孫中基,西彭坦,舒平托和蔡凱蔡。

    工程師們探索了一系列不同類型的激光器,以及模擬和測量粉末床的特定幾何特征和熔化過程,以便提出一種創新方法來提高SLM技術的效率。他們發現,金屬AM部件的延展性和韌性可以通過其晶體結構的過程來加強。選擇性激光熔化技術包括一個激光束,通過數字3D模型預編程,用于熔化金屬粉末的特定區域,以便將金屬顆粒熔合在一起形成特定形狀。由于3D打印技術具有在一個階段自動生成復雜幾何圖形的潛力,因此無需過多的人工或工具成本,因此這種3D打印技術受到重視。

      由于其更高的分辨率和所得部件的強度,SLM優于類似的金屬AM工藝。盡管與其他技術相比其強大的優勢,但SLM 3D打印在延展性和韌性方面仍然需要改進。通常需要廣泛的后處理來提高SLM制造的部件的性能,由于內部孔隙,各向異性,缺乏熔合缺陷和其他問題,這些部件可能很強但過分脆化。多年來,工程師一直在試圖解決金屬3D打印強度和韌性之間的折衷問題。
     該研究項目試圖通過研究使用SLM 3D打印生產的零件的微觀結構來解決這個問題。他們發現可以觀察到兩種不同的晶體學結構,稱為<011>和更常見的<001>。前者能夠生產出更加堅韌和更具延展性的部件。當變形力施加到SLM 3D打印部件時,有兩種不同的機制可以使晶體結構變形。一個被稱為位錯滑動,另一個被稱為變形孿生。變形孿晶在結構中脫能更好,因此它是延展性和韌性方面的首選機制。發現<011>結構的零件更頻繁地表現出這種機制。使用復雜的熔池幾何和行為模擬,研究人員探索不同的方法來實現所需的晶體學結構。他們發現,更高的激光功率更有可能實現改進的結構,就像更短,更深的熔池一樣。

        研究人員利用海洋級不銹鋼316L(一種用于工業用途和SLM 3D打印的常用材料),能夠在原位調整晶體結構以實現改進的性能。在設計具有<011>晶體結構的部件中,延展性和韌性水平高達40%。他們的工作指出了SLM 3D打印技術的改進方向,根據研究的建議進行工藝工程。這將改善材料性能,并增加金屬AM的制造重型承重部件的能力。


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