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3D打印钛金属件的致命缺陷被美国科学家发现
www.c-nin.com 2018-11-21 西北有色金属研究院
由于钛一直以来都被人们认为是最合适用来金属3D打印的材料之一,因此现在它的应用范围也是相当之大,比方说用来制造医疗行业的植入物和各种航空航天的零件。可是这种情况恐怖用不了多久就要改变了,因为出自卡内基·梅隆大学(CMU)的一项研究显示3D打印钛金属物体或将出现被称之为“相当致命缺陷”的结论。 
这种缺陷简单来说就是3D打印的钛金属物体有可能因为内部无数的细小孔隙出现裂缝,而这些孔隙主要是因为3D打印时钛金属粉末在融化后混入了气体。 
这种糟糕的结果是CMU借助美国能源部下属阿贡国家实验室(ANL)的高强度同步辐射X射线和微断层摄影工具,通过分析由电子束熔融(EBM)和选择性激光熔融(SLM)技术3D打印的钛金属件后发现的。其中使用的钛金属是最常见Ti-6Al-4V(含6%的铝和4%的钒)。 
根据他们的观察,这些钛金属件中的孔隙大小不一,从几微米到几百微米不等,但数量众多而且分布随机,所以在受到一定程度的外力时就很有可能导致内部出现裂缝。 
另外,CMU的研究团队还发现了会影响孔隙率的因素,主要就是3D打印机的激光束功率、速度和间距。在使用EBM技术和Ti-6Al-4V进行的实验中,尽管他们在不断地调整了上面这些参数,但是始终没能完全消除打印件内部的孔隙。 
“激光束功率不足也是出现孔隙的原因,因为这种情况下有些粉末可能会出现不融。但功率太高也不行,那会提高造成深孔的风险,也就是电子束留下的空隙。”CMU材料科学和工程教授Anthony Rollett表示,“这些孔隙会明显降低钛金属的抗疲劳能力。空隙越多,影响就越大。” 
这对于当前使用钛金属的3D打印行业来说无疑是一个沉重打击,要知道金属(尤其是钛)3D打印由于具有很多优点(如成型速度快、自由度高、更节省材料、能降低成本等)已经被许多行业寄予厚望了,而此次的研究却意味着相关的技术和材料(包括钛甚至其它金属)可能必须要改变了。 
不过,这也并不意味着世界末日的到来。因为CMU的研究者们发现,虽然完全消除3D打印钛金属件中的孔隙几乎是不可能的,但在不融粉末与太多粉末之间很可能存在着一个“甜点”,可以令3D打印钛金属的效果达到最佳。因此,他们现在已经将研究转向了钛金属处于粉末的初始状态了。 
目前,研究者们已经将相关的研究论文发表到了《Journal of Minerals, Metals, and Materials Society》杂志上,标题为《通过同步辐射X射线微断层扫描评估加工参数对电子束熔融Ti-6Al-4V孔隙率的影响》。(来源:3D造)
发表时间:2018-11-21      | 打印 | 关闭