勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL），SLAC國家加速器實驗室（SLAC）和艾姆斯實驗室的科學家正在研究X射線成像，以檢查激光粉末床融合過程中的金屬部件。該研究論文是實驗室之間合作的一部分，旨在確定金屬3D打印部件缺陷的原因，并了解如何減輕這些缺陷。

為了實施該項目，LLNL研究員Nick Calta及其團隊設計了一種便攜式診斷機，能夠使用X射線成像探測金屬3D打印過程。該機器最終幫助研究人員對金屬添加劑制造工藝有了新的見解。 “絕大多數診斷使用可見光，這些非常有用，但也僅限于分析零件的表面，”Calta解釋說。“如果我們真的要理解這個過程并看到導致瑕疵的原因，我們需要通過這個樣本進行探測。這個儀器允許我們這樣做。“

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員（左起）

實驗室之間的多年合作伙伴關系由能源部（DOE）的能源效率和可再生能源（EERE）先進制造辦公室提供資金。 SLAC和AMES都是DOE實驗室，LLNL也主要由聯邦機構資助。實驗室之間的合作是美國能源部國家實驗室大創意峰會（BIS）的一個分支。

大創意峰會 照片來自美國能源部

使用X射線成像識別金屬AM部件中的孔隙

“成功將更多地了解物理學，讓我們修改過程以避免缺陷，到目前為止，我們的結果很有希望。我們希望繼續優化儀器并將其應用于不同的材料系統。我們已經擁有了大量基于光學數據的知識，這使我們能夠分支出來并補充這些知識。“

EOS 3D打印機上激光粉末床熔合（LPBF）添加劑制造工藝的一個例子 通過EOS拍照

LLNL物理學家Ibo Matthews表示，觀察熔池的層形成過程以及X射線圖像與模擬的比較的能力已經證實了先前做出的預測。這些預測激光的路徑，熱量積聚和激光產生的氣體羽流會在印刷部分產生缺陷，如毛孔，這會在受到壓力時導致部件開裂。研究人員表示，通過建模和詳細實驗來編譯缺陷知識可能有助于加速金屬3D打印的改進。