改进金属打印技术 让3D打印“硬”起来

借用18世纪英国批评家塞缪尔 · 约翰逊的话，有段时间，3D金属打印技术就好像只能用后腿走路的狗，东西是做出来了，但是没做好。虽然激光烧结技术或者选择性激光熔融技术（SLM）已经广泛运用于各种行业，比如火箭发动机组件，还有半自动手枪，但在工艺上仍然有很大的提升空间。因此，美国劳伦斯利物莫国家实验室（LLNL）的研究人员一直专注模拟实验，致力于提高3D激光打印的速度，并采用强度更高的激光，改善成品的质量。

与那种堆奶油似的喷注融化塑料不同，选择性激光烧结技术是逐层打印的，操作时，使用高强度激光融化金属粉末，使其烧结，以此逐层堆砌，逐层定型，最终扫除多余粉末，抛光，得到成品。目前3D打印已经从夺人眼球的稀奇玩意发展成为稀松平常的主流制造技术，各类打印技术亟待改进，就拿选择性激光烧结技术来说，关键问题在于如何在尽可能短时间内打印出密度尽可能高的成品。

眼下LLNL也在研究这个问题。现阶段，激光功率低于225瓦时，打印质量最好。研究人员曾尝试用400瓦的激光打印相同的成品，但最终效果还取决于其他因素，比如激光强度，速度，扫描方式，每层的厚度等。

选择性激光烧结技术中，成品多孔是主要问题。以315L的不锈钢为例，如果粉末没烧结好，成品会多孔，质量难以保证。一般来说，1%的孔隙率是最低标准。孔隙率仅是其中一个方面，最终的成品质量好坏还受其他许多条件所限。

为了模拟各因素对打印成品可能产生的影响，LLNL的研究员们设计了模拟程序来实验多各参数下的最佳成品，比如打印高密度产品所需的最快且最省钱的打印方式。

LLNL研究员Chandrika Kamath 介绍说：“我们开发这套模拟程序是为了鉴别各参数对选择性激光烧结技术的实施过程可能产生的影响。通过模拟程序进行少量的单向实验，能很快得到打印高密度成品所需的各项参数值，最终应用于实际打印。”

另一位研究员Kamath则表示：“打印速度太慢时，金属密度会下降，但速度太快又会导致粉末不能完全烧结。关键是找到中间的平衡点，不快不慢，才能得到理想的结果。”

该研究团队在实验期间得出了一个很有意思的结论，大多数金属粉末在高强度激光的作用下能形成更加持久的高密度材料，低强度激光则更有可能导致多孔。该模拟实验将有利于人们了解打印过程中各项参数的作用，从而保证成品中金属部分的质量。

via: gizmag

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