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近日，美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）的制造技術(shù)研究人員們針對基于粉末床的金屬3D打印熔融工藝開發(fā)了一套指導原則，他們希望能夠藉此標志出金屬3D打印工藝中的關(guān)鍵未知因素，從而能夠使這些技術(shù)能夠更好地自動微調(diào)。 

NIST成立于1901年，目前隸屬于美國商業(yè)部，它是全美歷史最悠久的物理科學實驗室之一。當時美國國會設立這一機構(gòu)是為了讓美國在測量技術(shù)基礎(chǔ)設施方面能夠與英國、德國等經(jīng)濟對手相匹敵。到現(xiàn)在，NIST已經(jīng)能夠在更為廣泛的領(lǐng)域內(nèi)為從納米技術(shù)到類似于抗震摩天大樓和寬體客機這樣龐大而復雜的技術(shù)項目提供測量支持。 

這份報告系統(tǒng)地將過程輸入與過程中的現(xiàn)象聯(lián)系了起來，這樣就能夠通過測量或建模來量化零部件質(zhì)量，量化指標包括了材料特性、尺寸精度，以及表面粗糙程度等。 

這種粉末床熔融工藝通常會使用激光選擇性地加熱和熔融整床金屬粉末中的一薄層。由于它對于航空航天和汽車制造企業(yè)進一步開發(fā)金屬打印能力至關(guān)重要，因此NIST的這份報告旨在幫助推動過程控制和可靠性進一步改進。

NIST表示，使用粉末床熔融技術(shù)制造的金屬零件“會受到系統(tǒng)性能和可靠性因素的干擾，從而破壞零部件的質(zhì)量。這一問題在其它增材制造技術(shù)中也同樣存在。”研究人員認為，像尺寸和形狀誤差、熔融層中的空隙、最終部件的高殘余應力，以及對材料性能——包括硬度和強度——的了解不足等問題阻礙了該技術(shù)。

NIST的研究人員希望他們在過程檢測和實時控制方面的研究成果最終將有助于防止或糾正上述問題。據(jù)了解，他們的工作目的是為了更為詳細地了解認識復雜的粉末床融合工藝，研究人員稱在熔融過程中有超過50種不同的因素在發(fā)揮著作用。

NIST的研究團隊將這一方法分解成了十幾個“工藝參數(shù)（process parameters）”、十五種“工藝簽名（process signatures）”和六類“產(chǎn)品質(zhì)量（product qualities）”，然后他們在每三個類別中進行繪圖以識別“變量之間的因果關(guān)系”。 

該報告的作者之一，NIST機械工程師Brandon Lane博士說，“這種因果關(guān)系認識的突破能夠指導測量、傳感能力以及建模和仿真工具的開發(fā)研究，從而可以實現(xiàn)更好的過程控制。”

下一步，NIST的研究團隊說，他們計劃建立一個增材制造測試平臺，用于評估過程測量和控制技術(shù)，使他們能夠觀察金屬粉末的熔融和凝固過程、整合過程計量工具，并開發(fā)出基于數(shù)據(jù)獲取的過程測量/測試的控制算法和軟件。

這份報告的名稱為《對增材制造粉末床熔融技術(shù)進行實時控制所需要的測量科學（Measurement Science Needs for Real-time Control of Additive Manufacturing Powder Bed Fusion Processes）》，其英文報告全文可點擊此處下載（NIST.IR.8036.pdf）。