LLNL研究人員開發(fā)金屬增材制造中的實(shí)時(shí)缺陷檢測(cè)勞倫斯利弗莫爾 LLNL 開發(fā)了金屬增材制造中 實(shí)時(shí)缺陷檢測(cè)手段 來(lái)自美國(guó)加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的工程師和科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種在構(gòu)建階段檢測(cè)和預(yù)測(cè)增材制造金屬晶格結(jié)構(gòu)中的支柱缺陷的方法。該過程涉及監(jiān)測(cè)、成像技術(shù)和多物理場(chǎng)仿真的組合，使用戶能夠在盡可能早的階段確定零件是否滿足質(zhì)量要求。
圖為慶祝實(shí)驗(yàn)室成立七十周年的晶格結(jié)構(gòu)樣本
勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL），美國(guó)著名國(guó)家實(shí)驗(yàn)室之一，位于美國(guó)舊金山灣區(qū)利弗莫爾，隸屬于美國(guó)能源部的國(guó)家核安全局（NNSA）。該實(shí)驗(yàn)室最初作為勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的分支實(shí)驗(yàn)室，早期由加州大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)行，現(xiàn)由勞倫斯利弗莫爾國(guó)家安全機(jī)構(gòu)（LLNS）負(fù)責(zé)運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)研發(fā)包括核武器在內(nèi)的美國(guó)國(guó)防科技。 研究歷程 金屬晶格的高強(qiáng)度和低密度特性在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。然而，在激光束粉末床 Fusuon （PBF-LB） 工藝中，可能會(huì)出現(xiàn)支柱缺失或缺陷，從而影響晶格結(jié)構(gòu)的機(jī)械行為。為了確保質(zhì)量，科學(xué)家通常會(huì)進(jìn)行構(gòu)建后檢查，這需要時(shí)間并且并不總是可行的，尤其是對(duì)于復(fù)雜的構(gòu)建。 LLNL研究人員使用光電二極管，高溫計(jì)（兩者都測(cè)量熔池發(fā)出的光）和熱成像來(lái)監(jiān)測(cè)金屬微晶格結(jié)構(gòu)的增材制造。該團(tuán)隊(duì)通過PBF-LB工藝生產(chǎn)了正常的支柱和故意有缺陷的“半支柱”，測(cè)量了熔池的熱輻射。然后，研究人員開發(fā)了一種利用這些熱輻射來(lái)高精度預(yù)測(cè)缺陷的方法。
上圖為使用八位桁架單元增材制造的實(shí)驗(yàn)設(shè)置和樣品設(shè)計(jì)晶格示意圖。格子結(jié)構(gòu)包含隨機(jī)定位的有意全支柱和上半支柱。為了清楚起見，渲染中省略了水平支柱和垂直壁（由Forien，Jean-Baptiste等人提供，“使用高速熔池?zé)岜O(jiān)測(cè)檢測(cè)金屬微晶格中缺失的支柱”）
“這是第一次在金屬晶格中研究這種質(zhì)量控制過程，我們開發(fā)了一種檢測(cè)底部缺失的有缺陷的支柱的方法，”第一作者和LLNL工作人員科學(xué)家Jean-Baptiste Forien說?！澳壳?，我們能夠檢測(cè)跨越多層的缺陷，但在未來(lái)，將開發(fā)新的方法來(lái)識(shí)別打印層內(nèi)的缺陷。這將允許動(dòng)態(tài)反應(yīng)，并可能在恢復(fù)打印其余構(gòu)建之前抑制缺陷。 該團(tuán)隊(duì)基于對(duì)PBF-LB熔池的測(cè)試構(gòu)建、高速成像和多物理場(chǎng)仿真的觀察，開發(fā)了缺陷檢測(cè)/預(yù)測(cè)方法。通過監(jiān)測(cè)熱發(fā)射，研究人員可以預(yù)測(cè)支柱是否存在或缺失，準(zhǔn)確率超過94%，通過高速熱成像和光學(xué)成像驗(yàn)證觀察到的熱輻射背后的機(jī)制，并使用LLNL開發(fā)的ALE3D（任意拉格朗日-歐拉三維分析）多物理場(chǎng)仿真工具進(jìn)行仿真，彌補(bǔ)了該領(lǐng)域的一個(gè)空缺。 |
