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3D打印鈦金屬件的致命缺陷被美國科學家發現

發布日期:2019-04-29 瀏覽次數:456

      由于鈦一直以來都被人們認為是最合適用來金屬3D打印的材料之一,因此現在它的應用范圍也是相當之大,比方說用來制造醫療行業的植入物和各種航空航天的零件。可是這種情況恐怖用不了多久就要改變了,因為出自卡內基·梅隆大學(CMU)的一項研究顯示3D打印鈦金屬物體或將出現被稱之為“相當致命缺陷”的結論。

  這種缺陷簡單來說就是3D打印的鈦金屬物體有可能因為內部無數的細小孔隙出現裂縫,而這些孔隙主要是因為3D打印時鈦金屬粉末在融化后混入了氣體。

  這種糟糕的結果是CMU借助美國能源部下屬阿貢國家實驗室(ANL)的高強度同步輻射X射線和微斷層攝影工具,通過分析由電子束熔融(EBM)和選擇性激光熔融(SLM)技術3D打印的鈦金屬件后發現的。其中使用的鈦金屬是最常見Ti-gAI-4V(含6%的鋁和4%的釩)。

      根據他們的觀察,這些鈦金屬件中的孔隙大小不一,從幾微米到幾百微米不等,但數量眾多而且分布隨機,所以在受到一定程度的外力時就很有可能導致內部出現裂縫。

  另外,CMU的研究團隊還發現了會影響孔隙率的因素,主要就是3D打印機的激光束功率、速度和間距。在使用EBM技術和Ti-gAI-4V進行的實驗中,盡管他們在不斷地調整了上面這些參數,但是始終沒能完全消除打印件內部的孔隙。

  “激光束功率不足也是出現孔隙的原因,因為這種情況下有些粉末可能會出現不融。但功率太高也不行,那會提高造成深孔的風險,也就是電子束留下的空隙。”CMU材料科學和工程教授Anthony Rollett表示,“這些孔隙會明顯降低鈦金屬的抗疲勞能力。空隙越多,影響就越大。”

    這對于當前使用鈦金屬的3D打印行業來說無疑是一個沉重打擊,要知道金屬(尤其是鈦)3D打印由于具有很多優點(如成型速度快、自由度高、更節省材料、能降低成本等)已經被許多行業寄予厚望了,而此次的研究卻意味著相關的技術和材料(包括鈦甚至其它金屬)可能必須要改變了。

  不過,這也并不意味著世界末日的到來。因為CMU的研究者們發現,雖然完全消除3D打印鈦金屬件中的孔隙幾乎是不可能的,但在不融粉末與太多粉末之間很可能存在著一個“甜點”,可以令3D打印鈦金屬的效果達到最佳。因此,他們現在已經將研究轉向了鈦金屬處于粉末的初始狀態了。

  目前,研究者們已經將相關的研究論文發表到了《Journal of Minerals, metals, and Materials Society》雜志上,標題為《通過同步輻射X射線微斷層掃描評估加工參數對電子束熔融Ti-6Al-4V孔隙率的影響》。

來源于——《搜鈦網》

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