通过实时评估残余应力来优化工业设计，用于生产更高效的金属3D打印零件

南极熊导读：金属3D打印在构建过程中，使用激光制造的材料可能会因打印过程中的快速加热和冷却而产生残余应力，通过打印后对零件进行热处理或退火可减少应变。但是过多的热量会导致不必要的结构变化。为解决这一问题，国内外的科研团队都在研究该问题的解决方案。

2022年9月26日，南极熊获悉，通用电气(GE)与加州大学伯克利分校，和橡树岭国家实验室(ORNL)的能源部(DOE)科学办公室的科研人员一起，通过一系列最新研究了解了残余应力的形成位置，以及应在什么温度下进行退火以减轻应力，从而优化组件设计以及退火时间和温度。

△研究人员使用中子散射来测量金属3D打印样品在退火之前（右上）、期间和之后（右下）的内部应力。控制激光金属打印部件的残余应力有助于防止裂纹和故障

为了生产更高效的金属3D打印零件
该团队使用中子衍射来定位常见金属合金Inconel 625样品中的残余应变。研究人员在日本质子加速器研究中心(J-PARC)的NOBORU光束线上，进行了初始中子校准实验。然后，中子成像使他们能够在退火过程中实时观察高温炉内的样品。中子很容易穿透炉壁，并允许在退火过程中映射整个零件的应变松弛。

然后研究人员将测量到的压力与计算机模拟数据进行了比较。他们对3D打印工艺进行了模拟，以预测样品内的残余应力分布作为工艺参数的函数。仿真结果与室温实验测量结果的比较表明，当仿真数据在零件体积上取平均值时，一致性很好，证实了实验对验证仿真结果的有用性。

△该团队的研究结果题目为“通过原位中子成像监测3D打印Inconel 625残余应力的松弛和优选晶粒取向”（传送门）

研究结果与强大的科研团队
新模型可以通过最大限度地减少生产过程中的残余应力形成，更准确地预测零件设计的微小变化是否会更加坚固。同时，新模型还可以指示改变3D打印激光束的直径，或行进速度是否会提高生产质量。

该研究成果可以帮助GE验证它们的计算机模型，并优化3D打印组件设计方案，以减少打印构建过程中的残余应力形成。该数据还将使GE能够对产品进行退火并优化应变松弛，而不会导致不良的结构问题。

这项研究得到了美国能源部科学办公室、通用电气全球研究中心、加州大学伯克利分校和日本原子能机构的支持。中子散射在散裂中子源（由ORNL运营的美国能源部科学办公室用户设施）和日本散裂中子源的NOBORU (J-PARC)仪器上进行。加州大学伯克利分校能量分辨成像，和MCP/Timepix探测器的开发工作由DOE资助。