一组中国和美国的研究人员发现了一种粉末床融合（PBF）3D打印“速度限制”，在该速度限制下，零件缺陷发生的可能性较小。
通过大量x射线成像，研究小组发现，在PBF过程中，该系统的激光经常会在物体表面形成j形气泡。如果这些金属池爆裂，缺陷就会扩散到重新凝固的金属中，导致出现空洞，削弱产品的结构完整性。
最终，科学家们确定，当激光在粉末上扫描得太慢时，合金会过热，因此有一个“安全速度”，超过这个速度就可以制造出高质量的部件。
这篇论文的共同作者安东尼·罗莱特说：“你可以把边界看作是一个速度限制，除非它与开车相反。在这种情况下，越慢越危险。如果你低于速度限制，那么你几乎肯定会产生缺陷。”
“只要你不在‘危险区’，留下缺陷的风险就很小。”
金属三维打印工艺的优化
尽管PBF是最常用的金属添加剂制造工艺，但它通常会生产出具有气孔（或小间雷电竞充值隙和空隙）特征的零件，这可能会影响其性能。因此，在确定这些气孔的形成方式，特别是控制出现的任何“锁孔”方面进行了大量研究。
小孔孔隙率是指印刷过程中金属快速蒸发导致物体中的深空洞，将周围熔化的材料向下推。虽然这种现象有利于提高激光效率，但小孔壁有时会波动和塌陷，导致缺陷被困在凝固合金中。
用户试图防止出现空洞的方法之一是功率-速度（P-V）映射，这是一种将打印质量与系统参数联系起来的过程。然而，到目前为止，找到一个可复制的“孔隙度边界”（将生产完全致密零件的加工条件与有孔隙零件的加工条件分开）已被证明是难以捉摸的。
建立3D打印的“速度限制”
为了建立一个可重复的过程并完成P-V图，科学家们使用了高速x射线成像来研究小孔的起源和它们的初始运动。研究人员立刻发现，降低激光扫描速度会增加他们观察到的气孔的最大尺寸。
进一步的测试表明，空洞的形成主要发生在J形锁孔被“挤压”成气泡时，它们的坍塌导致了声冲击波的发生。这些力有效地将气孔推离锁孔，并将其嵌入重新凝固的金属中，从而削弱其完整性。
有趣的是，科学家们还发现，锁孔只在特定条件下存在，较慢的扫描速度往往会导致狭窄的针状毛孔的产生。这些较深的空洞容易迅速升温，当它们塌陷时，研究小组观察到更多放大的波，将水滴带到更远的地方。
研究人员的发现最终显示了扫描速度和小孔孔深度之间出乎意料的平滑关联，这构成了一个定义良好的速度下限。在建立一个最佳参数集时，科学家们相信现在可以更成功地识别和防止造成空洞失稳的原因。
添加剂对无空隙零件的追求
一段时间以来，防止金属3D打印过程中出现缺陷一直是密集研发的主题，研究人员已经确定了一系列解决方案。
来自美国的科学家阿贡国家实验室和德克萨斯农工大学已经部署了ML方法来绘制零件热历史和PBF过程中次表面缺陷的形成. 研究小组还使用了X射线，但将其与侧置摄像机结合起来，以收集所需的实时数据。
类似地，来自美国的一组研究人员劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）发现了一种减少金属3D打印零件中的缺陷. 通过控制流氓材料的“飞溅”，科学家们能够降低松散粉末与新熔合材料的相互作用。
在其他地方，另一个来自德州农工大学的团队发明了一种方法3D打印钢材，完全没有孔隙研究人员有效地开发了一套SLM参数，使低合金马氏体（AF9628）的制造具有比几乎任何其他合金更高的抗拉强度。
研究人员的研究结果在他们题为“研究”的论文中有详细说明移动小孔尖端的临界不稳定性在激光熔化中产生孔隙，由仓昭、尼兰詹·帕拉巴、徐晓丽、卡迈尔·费扎、谭文达、安东尼·罗列和陶孙合著。
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专题图片展示了研究小组在研究过程中观察到的一个J型孔的示意图。图片通过科学杂志。
