研究員開發出增強金屬3D列印部件延展性和韌性的創新SLM方法

最近，新加坡的一個研究小組對SLM（選擇性激光熔化）3D列印技術進行了一項高級研究，對於使用金屬AM工藝的製造項目來說，這些研究結果可能是非常寶貴的。據悉，該項目的研究結果已經發表在NPG亞洲材料雜誌上，標題為「通過選擇性激光熔融，同時提高3D列印不鏽鋼316L的強度和延展性」，論文作者是Zhongji Sun、Xipeng Tan、Shu Beng Tor和Chee Kai Chua。

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徵和熔化過程，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。

SLM技術包括一個激光束，通過數字3D模型預編程，用於熔化特定區域的金屬粉末，以便將金屬顆粒熔合在一起形成特定形狀。由於3D列印技術具有在一個階段自動生成複雜幾何圖形的潛力，因此無需過多的人工或工具成本，所以這種3D列印技術受到製造商重視。

由於其更高的解析度和所得部件的強度，SLM優於類似的金屬AM工藝。與其他技術相比，儘管其具有強大的優勢，但SLM 3D列印在延展性和韌性方面仍然需要改進。通常需要廣泛的後處理來提高通過SLM製造的部件的性能，由於內部孔隙、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列印強度和韌性之間的折衷問題。

該項目試圖通過研究使用SLM 3D列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，稱為和更常見的。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列印部件時，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。變形孿生在結構中脫能更好，因此它是延展性和韌性方面的首選機制。發現結構的零件更頻繁地表現出這種機制。

使用複雜的幾何熔池和行為模擬，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鏽鋼316L（一種用於工業用途和SLM 3D列印的常用材料），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列印技術的改進方向，根據研究的建議進行工藝工程。這將改善材料性能，並增加金屬AM製造重型承重部件的實施。

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