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【论文】如何增强SLM金属3D打印部件的延展性和韧性

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2018年4月13日,南极熊从外媒获悉,新加坡的一个研究小组最近对SLM(选择性激光熔化)3D打印技术进行了一项高级研究,对于使用金属AM工艺的制造项目来说,这些研究结果可能是非常宝贵的。 在NPG aisa materials 杂志上发表的一篇题为“增强选择性激光熔化3D打印不锈钢316L强度和延展性”的论文中概述了这项研究的结果。 作者是 Zhongji Sun, Xipeng Tan, Shu Beng Tor and Chee Kai Chua.。

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工程师们探索了一系列不同类型的激光器,以及模拟和测量粉末床的特定几何特征和熔化过程,以便提出创新方法来提高SLM技术的效率。 他们发现,金属AM部件的延展性和韧性可以通过其晶体结构的优化来加强。

选择性激光熔化技术包括一个激光束,通过数字3D模型预先编程,用于熔化金属粉末床的特定区域,以便将金属颗粒熔合在一起形成特定形状。 由于3D打印技术具有在一个阶段自动生成复杂几何图形的潜力,因此无需过多的人力或工具成本,因而受到重视。


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由于其更高的分辨率和所得部件的强度,SLM优于类似的金属AM工艺。尽管与其他技术相比其强大的优势,但SLM 3D打印在延展性和韧性方面仍然需要改进。通常需要广泛的后处理来提高SLM制造的部件的性能,由于内部孔隙,各向异性,缺乏熔合缺陷和其他问题,这些部件可能很强但过分脆化。多年来,工程师一直在试图解决金属3D打印强度和韧性之间的折衷问题。

该研究项目试图通过研究使用SLM 3D打印生产的零件的微观结构来解决这个问题。他们发现可以观察到两种不同的晶体学结构,称为<011>和更常见的<001>。前者能够生产出更加坚韧和更具延展性的部件。

当变形力施加到SLM 3D打印部件时,有两种不同的机制可以使晶体结构变形。一个被称为位错滑动,另一个被称为变形孪生。变形孪生是延展性和韧性方面的首选机制,<011>结构的零件更频繁地表现出这种机制。


使用复杂的熔池几何和行为模拟,研究人员探索不同的方法来实现所需的晶体学结构。他们发现,更高的激光功率更有可能实现改进的结构,就像更短,更深的熔池一样。

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△使用不同激光源的熔池。所有图片,来源:NPG Asia Materials


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△使用380W和950W激光功率的SLM构建的SS316L样品中形成<001>和<011>晶体学结构


研究人员利用海洋级不锈钢316L(一种用于工业用途和SLM 3D打印的常用材料),能够在原位调整晶体结构,以实现改进的性能。 在设计具有<011>晶体结构的部件中,延展性和韧性水平高达40%。

除此之外,扫描策略等对结果也有一定的影响,更多技术细节可以阅读论文原文。


论文链接:https://www.nature.com/articles/s41427-018-0018-5


编译自:3ders

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