在3D打印过程中，由于加热材料的膨胀和冷材料的收缩，残余应力会在打印过程中积聚在零件中，产生的力会使零件扭曲并导致裂纹，从而削弱或撕裂零件，尤其是金属。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和加利福尼亚大学戴维斯分校的研究人员正在通过使用激光二极管 - 从LLNL国家点火设施(NIF)创建的技术中借用的高功率激光器来解决这个问题，以快速加热印刷层。建立。Additive Manufacturing杂志在线发表的一篇论文中描述了这项新技术，通过使研究人员能够降低温度梯度(热和温度之间的差异)，金属3-D印刷测试部件的有效残余应力减少了90%。冷极端)并控制冷却速度。
“在金属中，很难克服这些压力，”该论文的主要作者John Roehling说道。“在尝试改变扫描策略以重新分配残余应力方面已经做了很多工作，但基本上我们的方法是在我们构建零件时摆脱它们，所以你没有任何这些使用这种方法，我们可以有效地消除残余应力，使得在构建过程中不再出现零件故障。“
为了研究的目的，LLNL工程师和共同主要作者威尔史密斯使用激光粉末床融合(LPBF)工艺从316L不锈钢制造了小型的桥状结构。他让每一层固化，然后用二极管照亮它们的表面，最初是全功率，并在20秒内立即降低强度。结果类似于在每层之后将部件放入炉中，因为表面温度达到约1000摄氏度(1,832华氏度)。
成品部件具有粗大的腿和薄的悬垂部分，允许研究人员通过切断其中一条腿并分析较弱的悬伸部分移动多少来测量减少多少残余应力。研究人员表示，当使用二极管时，桥梁不会再偏转。
“构建零件与普通金属三维打印机的工作方式类似，但我们机器的新颖部分是我们使用二次激光投射到更大的区域，然后对零件进行后加热 - 它会升高温度他以一种受控的方式迅速而缓慢地冷却下来。“当我们使用二极管时，我们看到残余应力减少的趋势，并且它与传统上通过在烤箱中对部件进行退火所做的相比。这是一个很好的结果，并且它很有希望我们的技术有多么有效。“
该方法是之前项目的一个分支，其中激光二极管开发用于平滑NIF中的激光，用于一次性3D打印整个金属层。Roehling说，它可以用于减少金属部件中的残余应力，例如改变扫描策略或使用加热的底板。因为这种方法从顶部加热，所以零件的高度没有限制。
研究人员接下来将进行更深入的研究，将注意力转向增加每个加热周期的层数，看看它们是否能够将残余应力降低到相同的程度，尝试更复杂的部件并使用更多的定量技术来获得更多 - 深入了解这个过程。
史密斯说：“这项技术可以扩大规模，因为现在我们在一个相对较小的区域进行投射，而且还有很大的改进空间。” “通过添加更多的二极管激光器，如果有人想将其集成到具有更大印刷面积的系统中，我们可以增加更多的加热区域。”
更重要的是，Roehling说，研究人员将探索控制钛合金(Ti64)的相变。通常，当使用Ti64进行构建时，相变会导致金属变得非常脆，导致零件破裂。Roehling说，如果研究人员可以通过缓慢冷却零件来避免转变，它可以使材料具有足够的延展性以满足航空航天标准，并补充说初步结果很有希望。