一组研究人员加州大学圣塔芭芭拉分校and橡树岭国家实验室已经开发了一种用于金属3D打印的新的耐缺陷超合金。
这Co-Ni superalloy据报道，克服了开裂的关键问题，该问题可能会困扰通过高温粉末床融合技术（例如SLM和EBM）制造的零件。科学家认为，他们的材料对在高压力应用中的工业3D印刷（包括关键的航空航天发动机组件和化学连接核件）中的发展具有“巨大的希望”。
加法制造兼容性的问题
说到工作背后的动机，加州大学圣塔芭芭拉分校工程学院的副院长特雷萨·波洛克（Tresa Pollock）指出，当今使用的许多高级合金与常规制造方法完全不兼容添加剂制造。旨在承受极端热量和化学物质的高性能合金通常面临破裂的问题，主要是由于金属3D打印过程中的环状加热和冷却所引起的过度残留应力。
Pollock补充说：“当材料被取出并进行一些热处理后，它们可以处于液态，仍在打印物体或固态时破裂。这阻止了人们使用我们当前在飞机发动机等应用中使用的合金来打印新设计，例如可以大大提高性能或能源效率。”
Intrigued by the challenge of developing additive-compatible high-performance alloys, Pollock and her team commenced the project using a $3M Vannevar Bush Faculty Fellowship award from the Department of Defense.
基于镍的超级合金航空航天
最后制定包含approxim结束ately equal parts cobalt and nickel, as well as smaller amounts of other elements such as aluminum and chromium. While most alloys begin to mechanically deteriorate at around 50% of their melting temperatures, the newly developed nickel-based superalloy was shown to maintain its integrity at 90% of its melting temperature, displaying tensile strengths of around 1.1GPa and an elongation at break greater than 13%.
类似的基于镍的超合金（例如Inconel）通常以其出色的机械性能，耐腐蚀性和蠕变抗性为特征，而使用温度通常在500°C+范围。因此，材料类历史上一直在航空航天行业的单晶涡轮叶片和叶片制造中，在那里，高压力，高温的环境很普遍。
研究人员用基于激光的SLM和EBM测试了材料，发现了新超级合金的无裂纹印刷能力。Pollock解释说：“钴的很高比例使我们能够在合金的液体和固态中设计功能，使其与广泛的印刷条件兼容。”
尽管材料的进步肯定在3D打印的潜力中发挥了作用，但还有其他方法可以为工业应用生产无缺陷的组件。例如，一个团队中国和美国的研究人员最近发现了一个“速度限制”在哪些部分缺陷不太可能发生在粉末床融合期间。通过使用X射线成像，科学家精确地映射了扫描速度，以融化池飞溅水平，确定可以将表面缺陷最小化的“安全速度”。
在其他地方，在阿贡国家实验室，研究人员开发了一种创新的基于机器学习的缺陷检测方法在3D打印零件中。使用实时温度数据以及预测算法，科学家能够在粉末床融合过程中的热史与地下缺陷的形成之间建立相关性。该方法可以允许潜在用户在打印参数选择阶段避免孔隙度。
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特色图片显示，加州大学圣塔芭芭拉分校工程学院的材料教授和副院长Tresa Pollock。通过加州大学圣塔芭芭拉分校的照片。
