近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）的制造技术研究人员们针对基于粉末床的金属3D打印熔融工艺开发了一套指导原则，他们希望能够藉此标志出金属3D打印工艺中的关键未知因素，从而能够使这些技术能够更好地自动微调。

NIST成立于1901年，目前隶属于美国商业部，它是全美历史最悠久的物理科学实验室之一。当时美国国会设立这一机构是为了让美国在测量技术基础设施方面能够与英国、德国等经济对手相匹敌。到现在，NIST已经能够在更为广泛的领域内为从纳米技术到类似于抗震摩天大楼和宽体客机这样庞大而复杂的技术项目提供测量支持。

这份报告系统地将过程输入与过程中的现象联系了起来，这样就能够通过测量或建模来量化零部件质量，量化指标包括了材料特性、尺寸精度，以及表面粗糙程度等。

这种粉末床熔融工艺通常会使用激光选择性地加热和熔融整床金属粉末中的一薄层。由于它对于航空航天和汽车制造企业进一步开发金属打印能力至关重要，因此NIST的这份报告旨在帮助推动过程控制和可靠性进一步改进。

NIST表示，使用粉末床熔融技术制造的金属零件“会受到系统性能和可靠性因素的干扰，从而破坏零部件的质量。这一问题在其它增材制造技术中也同样存在。”研究人员认为，像尺寸和形状误差、熔融层中的空隙、最终部件的高残余应力，以及对材料性能——包括硬度和强度——的了解不足等问题阻碍了该技术。

NIST的研究人员希望他们在过程检测和实时控制方面的研究成果最终将有助于防止或纠正上述问题。据了解，他们的工作目的是为了更为详细地了解认识复杂的粉末床融合工艺，研究人员称在熔融过程中有超过50种不同的因素在发挥着作用。

NIST的研究团队将这一方法分解成了十几个“工艺参数（process parameters）”、十五种“工艺签名（process signatures）”和六类“产品质量（product qualities）”，然后他们在每三个类别中进行绘图以识别“变量之间的因果关系”。

该报告的作者之一，NIST机械工程师Brandon Lane博士说，“这种因果关系认识的突破能够指导测量、传感能力以及建模和仿真工具的开发研究，从而可以实现更好的过程控制。”

下一步，NIST的研究团队说，他们计划建立一个增材制造测试平台，用于评估过程测量和控制技术，使他们能够观察金属粉末的熔融和凝固过程、整合过程计量工具，并开发出基于数据获取的过程测量/测试的控制算法和软件。

这份报告的名称为《对增材制造粉末床熔融技术进行实时控制所需要的测量科学（Measurement Science Needs for Real-time Control of Additive Manufacturing Powder Bed Fusion Processes）》，其英文报告全文可点击此处下载（NIST.IR.8036.pdf）。