迄今為止，鈦金屬被認為是最適合于3D打印技術(shù)的金屬材料之一，因此它在金屬3D打印領(lǐng)域里的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，無論是3D打印醫(yī)用植入物還是飛機部件，鈦金屬的身影無處不在。但是，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)（CMU）最近進行的一項研究表明，當(dāng)前的3D打印鈦金屬部件有可能存在著“致命缺陷”。

在對3D打印鈦金屬進行深度X射線探測之后，研究人員們揭開了該材料內(nèi)部的孔隙度狀況。使用最流行的鈦金屬，即Ti-gAI-4V（含6%的鋁和4%的釩），卡耐基梅隆大學(xué)的科學(xué)家們找到了美國能源部下屬的阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory），用后者的高強度同步輻射X射線和一種被稱為微斷層攝影的快速成像工具來幫助分析這種材料。他們的研究結(jié)果表明，當(dāng)在一種選擇性激光熔化（SLM）3D?打印機或電子束熔融（EBM）3D打印機中使用鈦金屬粉末時，氣體會被困在液態(tài)的金屬層中，從而在3D打印金屬內(nèi)部生成諸多泡沫孔隙。

根據(jù)科學(xué)家們觀察到的結(jié)果，這些微小的孔隙小到幾微米，大到幾百微米不等，而且隨機分布，導(dǎo)致使用鈦材料3D打印的金屬對象內(nèi)部有可能出現(xiàn)裂紋線。這是一個令人震驚的消息，尤其是現(xiàn)在3D打印鈦金屬部件在醫(yī)療和航空航天領(lǐng)域的使用越來越普遍的時候。

雖然像SLM這樣的技術(shù)被證明在很多方面都有優(yōu)勢，但是這項研究有可能改變鈦金屬以及其他金屬基材料的3D打印方式。研究團隊發(fā)現(xiàn)，3D打印機激光束的功率、速度和間距會對鈦金屬3D打印的孔隙率產(chǎn)生影響。研究人員觀察了幾個Ti-gAI-4V樣品的孔隙率，所有這些部件都是用EBM技術(shù)以不同的參數(shù)3D打印出來的，盡管他們調(diào)整了參數(shù)來幫助減少3D打印鈦金屬部件的孔隙率，但是始終沒能完全消除內(nèi)部的孔隙。

“相對于打印速度和間距，如果你減少功率級別，金屬熔池就會變得太小，甚至可能出現(xiàn)不熔的粉末，這也是孔隙度的來源之一。”CMU材料科學(xué)和工程教授Anthony Rollett說：“但是，如果你把功率級別增加得太多，就會有形成深孔，即所謂的鑰匙孔，的風(fēng)險，這是電子束留下的空隙。”

通過微斷層掃描重建的使用不同的功能參數(shù)3D打印的Ti-6Al-4V樣品

據(jù)小艾了解，科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，完全消除3D打印鈦金屬部件中的孔隙度幾乎是不可能的。但是他們認為在介于不熔的粉末與太多粉末之間肯定存在一個最佳點，可以優(yōu)化3D打印鈦金屬的方式。為此，該研究團隊現(xiàn)在轉(zhuǎn)而研究起粉末階段的鈦金屬來了，Rollett認為這可能正是孔隙開始的階段。

此項結(jié)果被發(fā)表在《Journal of Minerals, Metals, and Materials Society》雜志上，標(biāo)題為《通過同步輻射X射線微斷層掃描評估處理參數(shù)對于電子束熔融Ti-6Al-4V的孔隙率影響（Evaluating the Effect of Processing Parameters on Porosity in Electron Beam Melted via Synchrotron X-ray Microtomography）》。