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LLNL启动金属3D打印工艺的基础性研究项目

2016-01-15 11:52
汉水狂客
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  近日,美国Lawrence Livermore国家实验室(LLNL)的研究人员们启动了一项具有战略意义的项目——金属增材制造的加速认证倡议(ACAMM,Accelerated Certification of Additively Manufactured Metals Initiative)。该计划旨在改进金属3D打印技术和推动它在各行各业的广泛应用。这种基于研究的方法将结合物理模型、数据挖掘和不确定性分析,从而优化3D打印金属零部件和加速其认证过程,最终帮助金属3D打印技术充分发挥其潜力。

LLNL研究人员研究金属3D打印部件

  四年前,专业咨询机构Woehlers发布的具有行业影响力的报告就已经指出,有些金属3D打印的部件已经堪比铸造或者锻造的部件,“增材制造有望成为最重要、最具战略性和最常用的制造技术。”

  事实上,金属3D打印技术发展很快,已经从快速原型工具成为合格的制造技术——但是目前还只有一些部门,和某几家著名的工业制造商在使用。那么为什么金属3D打印技术的应用还没有达到我们一直期待的颠覆性的水平?

  LLNL的研究人员表示,这首先是因为我们还缺乏对复杂的金属增材制造技术,比如SLM(选择性激光熔化)等,背后关键机理的基本理解;第二,由于批准3D打印金属材料所需要和很长的认证时间。

  因此,ACAMM倡议有两个主要目标:第一,开发过程建模、过程优化仿真以及建模能力;第二,精简材料认证策略,在提供近净成形金属零件认证以用于关键应用,从而大幅降低成本。

  “如果我们想要将零部件投入关键应用,它们就必须符合质量标准。我们的项目侧重于在科学的基础上建立对增材制造工艺的理解,从而建立对其零部件质量的信心。”ACAMM主任Wayne King称:“我们想要加快认证和检验过程以利用金属增材制造所带来的灵活性。在理想情况下,我们的工厂周一打造一个零部件,而且检验合格之后;那么周二同一台机器上打造出的不同部件也会合格。”

  King和他的团队已经从各种尺度上为SLM工艺准备好了多种物理模型,从粉体颗粒到整个零部件或组件。这些模型可以帮助相关人员更好地理解每一个可能的因素是如何在金属3D打印过程中发挥影响的,其中包括激光功率、速度、光束大小和形状等对于不同类型金属的影响。

  这种信息反过来可以为发展新材、改进对于可能导致打印失败的变形和应力的预测、消除猜测、整体改善金属3D打印工艺和优化成品金属部件等带来宝贵的见解,而且所有这些都不需要多次、昂贵的试验。

  ACAMM的粉体模型

  “这些模型将是我们在摆脱金属3D打印对于经验的依赖,朝着基于科学的方向迈出的一大步。”King说:“我们在谈论的是如何能够达到“只需按下打印键就能够实现金属打印”这一地步。它将广泛地影响人们应用金属增材的方式。“

  尽管迄今为止,我们看到了在金属3D打印领域也出现了一些技术上的突破。但是从LLNL研究人员的角度看来,要持续推进金属3D打印部件在一致性和可靠性方面的提高,唯一可能的途径就是采取这种基于知识,或者说科学,的方法。

  ACAMM提出的上述物理模型最近已经发表在了《Applied Physics Reviews》一月份出版的杂志上。据了解,这项为期三年的研究已经得到了LLNL实验室指导研究和发展(LDRD)项目的资金支持。除了King,其他参与该研究项目并作出贡献的LLNL人员包括Ibo Matthews、Gabe Guss、Niel Hodge、Chandrika Kamath、Saad Khairallah和Alexander Rubenchik。

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