跨境电商|中子帮助研究人员观察3D打印部件的实时应力减少电子商务

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江苏激光联盟导读：
减少制造部件的内部应变是制造后热处理(如退火)普遍存在的原因。
材料在制造过程中所经历的热、压力和力，例如成型、铸造和成型，会导致制造出来的金属零件内部不一致。这些不一致性包括变形和不均匀的微观结构，或“应变” ，这可能导致零件开裂和失效。

通用电气正在使用中子实验来开发改进的计算机模型，以帮助预测3D打印部件是否以及在哪里可能会破裂。 Oak Ridge National Laboratory
减少制造部件的内部应变是制造后热处理(如退火)普遍存在的原因。退火是指将制造的零件加热到高温，以减少或消除内应力。
通用电气全球研究院和加州大学伯克利分校的科学家们正致力于改进生产模型，以帮助更好地设计和热处理零件。在最近的一项研究中，他们将重点放在了使用增材制造技术(AM)制造的部件上，这种技术是一层一层地制造3D部件，或称“打印” 。在美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的中子实验中，他们分析了与AM过程相关的内应力形成。研究结果题为“通过原位中子成像监测添加剂制造的Inconel 625的残余应变弛豫和优选晶粒取向” ，发表在增材制造杂志上。
三坐标测量机对一组具有相同工艺参数的样品进行失真测量，显示零件之间的变异性。颜色条表示以毫米为单位的位移。
这项研究涉及到使用基于激光的AM制造的零件，它使用激光熔化和沉积一种结构材料。熔化的材料——通常以粉末状金属或塑料开始——迅速冷却和硬化，然后再在上面沉积另一层。
基于激光的AM也会由于构建过程中的快速加热和冷却而引起内部应变。退火可以减少内应力，但过多的热量会导致材料中不必要的结构变化。
利用ORNL的VULCAN光束线上的中子衍射，研究人员测量了Inconel 625(一种常见的金属合金)建成样品内部的高内部残余应变。另一种补充技术，中子成像，随后在ORNL的SNAP束流线上被用于实时测量——如何退火零件减少内应力。初步标定实验是在日本质子加速器研究中心(J-PARC)的NOBORU光束线上进行的。

(a)未平均的仿真结果和(b)经过零件厚度平均后的仿真结果的比较。
“当使用激光调幅时，被熔化的表层非常热，而下层已经冷却。这种温度变化会产生内部应力，导致开裂。 ”通用电气全球研究的首席工程师Ade Makinde说， “中子帮助我们在退火过程中通过炉壁实时观察。我们观察在加热过程中，材料中的应力在哪里减少，在什么温度下减少。这是一种平衡。我们需要加热材料以减少应力，但避免温度过高，以防止不必要的结构变化。 ”
获得的数据有助于通用电气改进其生产过程的计算机建模，以减少或消除打印部件的机械故障。例如，该模型可以展示如何通过改变零件的形状，将生产过程中发生的内应力降至最低，从而使零件变得更坚固。它还可以表明，改变激光束的宽度或激光传播的速度是否可以提高生产质量。
加州大学伯克利分校的物理学家Anton Tremsin说:“SNAP光束线的中子成像促进了实验，因为全世界只有少数几个中子设备能做到。是的， x射线衍射测量可以监测特定点的应变弛豫。然而，中子成像可以让我们以非常高的空间分辨率同时、实时地观察整个大块材料。这些数据将帮助我们开发新型无损检测技术的仪器和数据分析方法。 ”