如何增强SLM金属3D打印部件的延展性和韧性

2018-04-13 10:37

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.。

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。

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。

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

△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。