最近，由美国能源部领导的一个研究团队对金属3D打印件的结构缺陷进行了研究，以期找到导致这些缺陷形成的常见原因。研究团队由来自密苏里科技大学、阿贡国家实验室和卡内基梅隆大学的研究人员组成。他们的研究成果已经发表在《Scientific Reports》杂志上，题为“用高速X射线成像和衍射来实时监控激光粉末床熔融过程”。

该研究利用了美国能源部科学办公室最高科技的用户设施之一——先进光子源。这是一种基于强烈的同步加速器X射线的记录设备，能让研究员实时研究整个激光熔融过程。“激光与金属的相互作用发生得很快。幸运的是，借助先进光子源提供的高速X射线仪器，我们能以每秒50,000帧的精度捕获整个过程。我们可以逐帧研究生成的影像，以弄清楚材料的微观结构，特别是缺陷和孔隙是如何形成的。”

研究人员观察和量化了各种特征，如熔池的尺寸或形状、粉末喷射量、固化和孔隙形成、不同阶段之间的各种转化等。使用各种物理理论和计算，研究人员可以用X射线影像提供的细节来创建复杂的预测模型，然后用这些模型来重新设计3D打印过程，从而避免某些结构缺陷。通过这种方式，研究人员可以更多地了解金属3D打印，更好地提高这种技术的可靠性。

通过与美国各地的实验室和研究机构分享他们的结论和预测模型，研究团队不仅希望微调目前正在使用的3D打印技术，还希望能发现新的方法，探索新的可能性，开发出新的3D打印合金材料，让打印变得更可靠。

除了改进和增加用于工业3D打印的材料外，该研究对最初的设计阶段也有所帮助。对3D打印过程更好的了解意味着设计师不必花费太多时间来研究如何提高结构的质量和可靠性，而只需考虑关键因素，这将大大简化数字模型。“我们的工作不仅能帮助行业提高效率和性能，也让金属增材制造能被更广泛地采用，”研究人员表示。

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