IMDEA材料研究所与马德里卡洛斯三世大学（UC3M）的研究团队携手法国和日本的合作者，在《固体力学与物理杂志》（Journal of the Mechanics and Physics of Solids）上发表了一项研究，详细揭示了增材制造金属中的微观缺陷在极端动态加载条件下的行为。研究聚焦于AlSi10Mg和Ti-6Al-4V两种广泛用于激光粉末床熔融（LPBF）的合金，这类合金在成品部件中容易产生微观气孔，研究条件直接对应航空航天、运输和国防领域组件的实际工况。

实验在法国的欧洲同步辐射装置（ESRF）进行。研究人员以高达每秒750米的速度撞击试样，同时使用纳秒级时间分辨率的超快X射线相衬成像技术记录内部响应。结果非常有趣：成像捕捉到两种合金一致的失效序列——初始冲击波导致气孔塌缩，随后在应力波引起的张力作用下，气孔重新张开并增长，最终驱动这些空隙连接在一起，产生所谓的“层裂断裂”（spall fracture）——这是一种在远离表面处形成的内部裂纹，因此比传统的表面引发断裂更难检测。

从微观尺度到宏观失效

IMDEA材料研究所高级研究员Federico Sket博士表示：“这种方法使我们能够直接观察增材制造金属在极端加载过程中损伤如何形成和演变。”UC3M教授兼IMDEA材料研究所访问学者José A. Rodríguez Martínez教授指出：“我们首次能够将微观尺度上发生的情况与冲击实验中测得的宏观信号联系起来。”尽管AlSi10Mg和Ti-6Al-4V在断裂形态上存在差异，但两种合金的失效机制均受相同的孔隙增长与合并机制支配。

IMDEA材料研究所研究员Javier García Molleja博士补充道：“总的来说，这篇论文利用快速X射线相衬成像和高分辨率断层扫描的最新进展，同时建立了一套系统性的实验方案，为3D打印金属的动态拉伸断裂提供了新的见解。该方案可用于研究多孔材料在冲击载荷下的孔隙塌缩和层裂失效机制。”

研究团队（还包括来自ESRF-欧洲同步辐射装置、法国Max von Laue-Paul Langevin研究所及日本同步辐射研究所JASRI的贡献）建议将该实验框架扩展到增材制造中使用的其它铝合金和钛合金牌号，以及镁等轻质打印金属上。这项研究为评估和预测3D打印金属部件在高速冲击或爆炸等极端环境下的可靠性提供了基础数据支撑，对于航空航天、装甲防护等领域的零件认证具有直接参考价值。