從髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)到復(fù)雜的發(fā)動機燃油噴嘴，金屬增材制造——涉及到激光器和金屬粉末的一種3D打印方式——能夠制造出傳統(tǒng)工藝無論是時間、成本、還是幾何復(fù)雜性上都不能匹敵的零部件。

日前，來自密蘇里科技大學(xué)（Missouri University of Science and Technology）的一群研究人員正在與霍尼韋爾聯(lián)邦制造&技術(shù)（Honeywell Federal Manufacturing & Technologies）公司合作對基于金屬粉末床的選擇性激光熔融（SLM）技術(shù)進行材料分析。密蘇里科技大學(xué)智能系統(tǒng)中心主任Ming Leu教授領(lǐng)導(dǎo)了這個項目，參與該項目的還包括該項目的其它7位教授。

所謂的選擇性激光熔融技術(shù)，是指用聚焦的激光束，根據(jù)CAD模型指定的軌跡逐層快速融化粉末床上的金屬顆粒，并使其凝固成所需的形狀，這種技術(shù)可以制造出內(nèi)部極其復(fù)雜的部件。

“該技術(shù)的一個主要優(yōu)點是它能夠最大限度地縮短產(chǎn)品制造時間。”Leu教授說：“相對于傳統(tǒng)方法，它有很大的優(yōu)勢。使用金屬增材制造，您可以制造出那些具有非常復(fù)雜幾何特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零部件。這種零部件使用傳統(tǒng)方法是無法完成的。”

使用霍尼韋爾為此合作項目購買并安裝在Toomey Hall的設(shè)備，Leu和他的同事們有四個研究目標：預(yù)測3D打印金屬部件的屬性、控制微觀結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)所需的屬性、使粉末的重復(fù)使用達到最大化、增加產(chǎn)品可持續(xù)性。

據(jù)了解，這個為期五年的項目總共獲得了650萬美元的資金支持，其中500萬美元為人員開支和其他費用，還有150萬美元為霍尼韋爾公司購買、租借和放置在密蘇里科技的設(shè)備。該項目包括五項任務(wù)︰粉末特征描述、材料屬性描述方法、材料性質(zhì)、溫度對材料屬性的影響、微觀結(jié)構(gòu)和機械性能的控制、以及與增材制造有關(guān)的化學(xué)。不銹鋼304 L將是他們一開始使用的生成材料。

“我們將觀察工藝參數(shù)如何對制造部件的機械性能產(chǎn)生影響，以及如何控制這些參數(shù)達到所需的屬性。”Leu說：“激光功率、光束直徑、橫向移動速度、行間距和層厚度都可以可以影響零部件制造。”此外，化學(xué)成分和環(huán)境溫度也可以影響零部件屬性，他說。

此外，研究團隊也將研究如何重復(fù)使用剩下的粉末以降低原料成本。Leu說，這中間的一個關(guān)鍵的問題是，零部件周邊的熱效應(yīng)可能導(dǎo)致粉末退化或者結(jié)塊，使其再次使用時制造的零部件可能不會像最初使用的材料那樣好，其中的后果包括使用重用金屬粉末可能導(dǎo)致零部件強度降低等。

除了密蘇里科技大學(xué)的8位教授之外，參與該項目的還包括大約15個研究生、本科生和博士后研究員。