3d打印机|激光增材制造中显微组织发展和技术挑战：以316L工业零件为例冶金|锻造|显微镜

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本文以316L工艺零件的制备为案例，为大家展现了增材制造过程中显微组织的发展和所面临的技术挑战。

摘要：增材制造为零件和产品的设计、制造、测试、合格、检验、营销和销售方式带来了颠覆性的变化。由于当今AM工艺、原料和工艺参数相互作用的成熟度和多样性，这些变化带来了新的技术挑战和问题。 AM具有类似于激光和电子束焊接的所谓传导模式，其中涉及投射原料和移动热源之间的大量动态物理事件，最终影响AM零件的特性。本文针对其薄壁、中空、变截面、尺寸有限的特点，选择了一种通风口。所研究的通风口是从合格批次中随机选择的，由316L不锈钢制成，使用4kW光纤激光粉末进料AM系统，称为CLAD 。这些系统通过显微硬度压痕、目视检查、光学和扫描电子显微镜以及电子背散射衍射进行表征，以确定AM零件的服务适用性，并广泛讨论冶金现象。随后简要扩展了讨论范围，包括其他工程合金，并进一步分析了增材制造工艺参数和增材制造零件性能之间的关系，持续利用过去使用相同粉末进料CLAD 3D打印机的经验，焊接和连接的成熟科学和技术，以及最近关于增材制造的刊物。
1.引言
近年来，随着对资源节约和环境问题的日益关注，增材制造技术在仍占主导地位的减材制造技术中迅速崛起并受到关注[1-4
。与减材制造技术不同，减材制造技术将零件从块状材料加工下来， AM依靠逐层沉积来一次渐进地构建一个或多个3D功能或近功能零件[4-7
。 AM中的基本顺序已经有很好的记录，包括(1)将3D虚拟设计文件切片成数百至数千个2D截面， (2)将生成的数据传送到所谓的3D打印机， (3)一次构建这个3D零件， (4)一些可选的后处理，通常涉及热处理、热等静压(HIPing)和通过机械加工的最终尺寸。从可扩展性的角度来看，工艺和原料性质的可重复性是接受AM作为工业制造工艺的决定因素。 AM后处理，如热处理、热等静压固结和机械加工，是弥补现有成型件缺陷的补充工艺，例如，由于残余应力不受控制而导致的不可接受的变形，由于冶金结合不理想而导致的力学性能差，由于AM打印策略不当而导致的各向异性，或较差的表面光洁度。 AM的主要经济驱动因素已在其他地方进行了广泛审查[1-5
，包括成本竞争力(特别是对于复杂的小订单)、损坏零件的定制或修复、缩短交货期、简化采购链以及先进的分级3D结构和材料，例如，在散装结构材料上进行硬质、耐腐蚀、多功能和多层涂层。
当今主流AM打印机利用电子束和激光束技术，后者在世界范围内广泛存在， Wohler的年度市场报告也对此进行了调查[8
。激光束相对于电子束的主要优点是利用非真空以及光纤通过机器人、龙门或组合运动系统传递能量的灵活性。基于激光的AM在商业上有不同的名称；例如，激光近净成形(LENS)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属沉积(DMD)、激光立体成形技术(LSF)和激光金属沉积成形(LMDS)[8