近日，美國Lawrence Livermore國家實驗室（LLNL）的研究人員們啟動了一項具有戰略意義的項目——金屬增材制造的加速認證倡議（ACAMM，Accelerated Certification of Additively Manufactured metals Initiative）。該計劃旨在改進金屬3D打印技術和推動它在各行各業的廣泛應用。這種基于研究的方法將結合物理模型、數據挖掘和不確定性分析，從而優化3D打印金屬零部件和加速其認證過程，最終幫助金屬3D打印技術充分發揮其潛力。

LLNL研究人員研究金屬3D打印部件

四年前，專業咨詢機構Woehlers發布的具有行業影響力的報告就已經指出，有些金屬3D打印的部件已經堪比鑄造或者鍛造的部件，“增材制造有望成為最重要、最具戰略性和最常用的制造技術。”

事實上，金屬3D打印技術發展很快，已經從快速原型工具成為合格的制造技術——但是目前還只有一些部門，和某幾家著名的工業制造商在使用。那么為什么金屬3D打印技術的應用還沒有達到我們一直期待的顛覆性的水平？

LLNL的研究人員表示，這首先是因為我們還缺乏對復雜的金屬增材制造技術，比如SLM（選擇性激光熔化）等，背后關鍵機理的基本理解；第二，由于批準3D打印金屬材料所需要和很長的認證時間。

因此，ACAMM倡議有兩個主要目標：第一，開發過程建模、過程優化仿真以及建模能力；第二，精簡材料認證策略，在提供近凈成形金屬零件認證以用于關鍵應用，從而大幅降低成本。

“如果我們想要將零部件投入關鍵應用，它們就必須符合質量標準。我們的項目側重于在科學的基礎上建立對增材制造工藝的理解，從而建立對其零部件質量的信心。”ACAMM主任Wayne King稱：“我們想要加快認證和檢驗過程以利用金屬增材制造所帶來的靈活性。在理想情況下，我們的工廠周一打造一個零部件，而且檢驗合格之后；那么周二同一臺機器上打造出的不同部件也會合格。”

King和他的團隊已經從各種尺度上為SLM工藝準備好了多種物理模型，從粉體顆粒到整個零部件或組件。這些模型可以幫助相關人員更好地理解每一個可能的因素是如何在金屬3D打印過程中發揮影響的，其中包括激光功率、速度、光束大小和形狀等對于不同類型金屬的影響。

這種信息反過來可以為發展新材、改進對于可能導致打印失敗的變形和應力的預測、消除猜測、整體改善金屬3D打印工藝和優化成品金屬部件等帶來寶貴的見解，而且所有這些都不需要多次、昂貴的試驗。

ACAMM的粉體模型

“這些模型將是我們在擺脫金屬3D打印對于經驗的依賴，朝著基于科學的方向邁出的一大步。”King說：“我們在談論的是如何能夠達到“只需按下打印鍵就能夠實現金屬打印”這一地步。它將廣泛地影響人們應用金屬增材的方式。“

盡管迄今為止，我們看到了在金屬3D打印領域也出現了一些技術上的突破。但是從LLNL研究人員的角度看來，要持續推進金屬3D打印部件在一致性和可靠性方面的提高，唯一可能的途徑就是采取這種基于知識，或者說科學，的方法。

ACAMM提出的上述物理模型最近已經發表在了《Applied Physics Reviews》一月份出版的雜志上。據了解，這項為期三年的研究已經得到了LLNL實驗室指導研究和發展（LDRD）項目的資金支持。除了King，其他參與該研究項目并作出貢獻的LLNL人員包括Ibo Matthews、Gabe Guss、Niel Hodge、Chandrika Kamath、Saad Khairallah和Alexander Rubenchik。