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LLNL开展基础研究旨在推动金属3D打印快速发展 [复制链接]

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发表于 2016-2-1 15:32:35 |显示全部楼层
美国劳伦斯Livermore国家实验室(LLNL)最近发起了一项名为“3D打印金属创新加速认证”(ACAMM)的战略计划,旨在改进金属3D打印并促进其在更广泛的工业中得到应用。计划将联合使用物理模型、数据采矿和不确定分析等技术来优化3D打印部件并加速认证过程,最终开发出3D打印的全部潜能。

四年前,专业咨询机构Woehlers发布了一份极具影响力的报告,指出有些金属3D打印部件在强度上已经能够媲美铸造或锻造部件了,所以这项技术有望成为未来最常规也是最重要的战略性技术。


金属3D打印技术已经今非昔比。它的发展很快,已经从最初的快速原型工具成为了一种合格的制造技术。但目前,采用该技术的机构或企业还是不多。那么这背后的原因究竟是什么呢?

LLNL的研究人员表示,这首先是因为我们对复杂的3D打印技术,比如选择性激光熔融(SLM)的基本原理缺乏了解;其次是因为3D打印金属材料的认证需要很长的时间。所以,ACAMM设定了2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,精简材料认证程序,从而以明显降低的成本为重要应用提供提供近净成形金属零件认证。

“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。我们的侧重点是让人们从科学上真正理解3D打印技术,从而建立3D打印零部件质量的信心。”ACAMM的主管Wayne King表示,“我们希望加快认证和检验过程,以便更好地利用金属3D打印的灵活性。在理想情况下,如果工厂前一天3D打印的部件质量是合格的,那么后一天的部件也将是合格的。”

目前,King和他的团队已经为SLM工艺准备好了包括粉末颗粒、整体零部件在内的多种物理模型。借助它们,研究者就能更好地理解每一个可能的因素(包括激光功率、打印速度、光束大小和形状)会在金属3D打印过程中对不同材料产生怎样的影响。

这种信息可以反向用于开发新材料、改进对于可能导致打印失败的变形和应力的预测、整体改善金属3D打印工艺并优化成品金属部件 — 所有这些只需少量且便宜的实验即可完成。

“这些模型将帮助我们摆脱对经验的依赖,”King表示,“我们希望实现的是‘只需按下开始键就能够实现金属打印’。如果成功,这将对人们使用金属3D打印的方式产生重大影响“

尽管到目前为止,一些改进的金属3D打印工艺和材料已经出现了许多,比如西北大学就开发出了性能更好的金属粉末材料,能够实现从未有过的复杂结构,不过在LLNL看来,想要在提高金属3D打印部件的一致性和可靠性这方面有所进展,令航空航天等工业有信心使用它们,唯一可行的方式就是他们这种更加科学的方法。

ACAMM已经将上面提到的物理模型发表在了《Applied Physics Reviews》的一月份杂志上了。另外这项为期三年的研究也已经得到了LLNL实验室指导研究和发展(LDRD)项目的资金支持。

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