雖然當(dāng)前的3D打印技術(shù)發(fā)展得很快，但是它確實(shí)在工藝本身和最終產(chǎn)品上偶然會(huì)出現(xiàn)缺陷。美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員正在更深入地探究這些缺陷發(fā)生的原因，以及如何對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)。 

    眾所周知，3D打印大多依靠熱能發(fā)揮作用，由此帶來(lái)的熱量和溫度波動(dòng)會(huì)引起殘余應(yīng)力，造成最終的制成品會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。

    而測(cè)量應(yīng)力，以弄清楚如何防止它的出現(xiàn)，正是在LLNL的Amanda Wu和她的團(tuán)隊(duì)正在做的事情。Wu和團(tuán)隊(duì)成員Wayne King、Gilbert Gallegos和Mukul Kumar都參與了LLNL發(fā)起的金屬增材制造的加速認(rèn)證（ACAMM）的戰(zhàn)略倡議。

Amanda Wu

    吳和她的團(tuán)隊(duì)也很幸運(yùn)的與美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LANL）建立了合作關(guān)系，由LANL使用中子衍射（ND）技術(shù)幫助他們測(cè)試并驗(yàn)證研究結(jié)果的有效性。這點(diǎn)的確是一個(gè)幸運(yùn)的合作，在全美只有三個(gè)聯(lián)邦研究實(shí)驗(yàn)室擁有進(jìn)行中子衍射研究所需的高能中子源。

    吳和她的團(tuán)隊(duì)使用破壞性分析，這是一種傳統(tǒng)的方法，并結(jié)合高科技的數(shù)字散斑相關(guān)方法（DIC）。他們用3D打印部件前后的圖像獲得的定量數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)量3D打印的部件的應(yīng)力。這是分析問(wèn)題都會(huì)有的一個(gè)很簡(jiǎn)單的思路，但難的是如何實(shí)施。 

    使用帶雙攝像頭設(shè)置的DIC技術(shù)，Wu和她的團(tuán)隊(duì)能夠研究溫度對(duì)3D打印產(chǎn)品的影響，并測(cè)量外部殘余應(yīng)力。然后由LANL的 Donald Brown參與進(jìn)來(lái)，使用中子衍射技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，簡(jiǎn)單地說(shuō)，該技術(shù)它能夠及時(shí)探查并發(fā)現(xiàn)它正在發(fā)生什么事情。 

    “我們花了很多時(shí)間對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，這使我們能夠?qū)σ郧盁o(wú)法量化的東西進(jìn)行測(cè)量。”吳說(shuō)。“這對(duì)于校準(zhǔn)我們的增材參數(shù)，使殘余應(yīng)力最小化是至關(guān)重要的。”

    如果一個(gè)3D打印的部件能夠不受殘余應(yīng)力的影響，它會(huì)完美、無(wú)失真地結(jié)合在一起。這是研究殘余應(yīng)力的關(guān)鍵，因?yàn)楫?dāng)它影響到3D打印的產(chǎn)品是，該應(yīng)力就會(huì)發(fā)生并顯示在切割界面。Wu和她的研究小組可以分析之前和之后的圖像，并利用零部件上的斑點(diǎn)圖案，以檢測(cè)失真。

Amanda Wu使用DIC方法對(duì)增材制造的部件進(jìn)行成像

    LLNL團(tuán)隊(duì)的DIC結(jié)果經(jīng)過(guò)了中子衍射實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。這些發(fā)現(xiàn)是突破性的，因?yàn)樗鼈冏C明了應(yīng)力和激光功率、速度之間的相關(guān)性，以及如何調(diào)整激光掃描矢量長(zhǎng)度才能更正確地控制溫度和減少失真引起的應(yīng)力，及旋轉(zhuǎn)所述激光掃描矢量。 

    該團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果的意義在于，能夠幫助3D打印行業(yè)：

    在制造過(guò)程中校準(zhǔn)過(guò)程參數(shù)，以減少殘余應(yīng)力。

    調(diào)整激光設(shè)置（功率和速度）、掃描參數(shù)（模式、方向角和重疊），以制造出更可靠的部件。