根據報告，增材制造多年來為飛機生產做出了貢獻。但是，增材制造還會在終零件的微觀結構中產生缺陷，從而將其作用限制在管道，內部組件和其他非關鍵零件的制造中。安全監管零件的增材制造將幫助航空業實現有效和穩定的供應鏈管理的愿望，以及輕型飛機隨附的燃油節省和減排。

　　團隊和合作者已經發現，為什么在增材制造由航空航天應用中廣泛使用的高強度，重量輕的鈦合金制成的零件時會出現結構缺陷。他們提供了工藝圖，機器用來制造零件的藍圖，幫助制造商避免在稱為激光粉末床熔合的常見增材制造技術中產生缺陷。

　　研究團隊專注于增材制造過程的兩個重要條件，即激光功率和掃描速度。在功率-速度過程圖中捕獲了這兩個條件的設置和交互方式。與常規地圖類似，功率-速度地圖在要工作的區域和要避開的區域之間設置邊界線。

　　功率-速度圖可以分為好區域和三個壞區域。如果制造商留在良好的區域，則該零件很可能會始終如一地生產出高質量的零件。兩個壞區很容易識別。一種是缺乏熔合的現象，這是由于激光功率密度不足而導致的未熔融粉末所證明的。當單條打印線在其自身上滾動時，第二個壞區以滾珠表示，這表明激光運動太快。

　　團隊專注于第四區。在該區域中，零件從制造過程中出來時會帶有微小的孔，這種結構缺陷稱為孔隙。這些微小的孔出現在材料內部，使其難以看到和控制。研究人員表示：“您可以打印多條測試線，而通過檢查零件表面是否仍然有氣孔仍然不知道。”

　　孔隙缺陷對于疲勞敏感型應用（如飛機機翼）仍然是一個挑戰。在高功率，低掃描速度的激光熔化條件下，一些孔隙與稱為鎖孔的深而窄的蒸汽凹陷有關。

　　團隊發現了孔隙的產生方式，并能夠在3D打印過程中以很高的時空分辨率表征材料的轉變。他們使用了一種稱為高速同步加速器X射線成像的成像技術，該技術在整個激光打印過程中逐幀地監視孔的形成。以微秒的間隔捕獲圖像，遠遠超出人眼可以捕獲或人腦可以處理的范圍。

　　高速同步加速器X射線成像是定性測量和描述當激光束暴露于金屬粉末床時發生的情況的唯一可用方法。除了熔化粉末外，激光還會蒸發一些金屬。高速蒸氣逸出熔池表面，形成一個稱為鎖孔的小腔。

　　鎖眼的形成和大小取決于激光功率和材料吸收激光能量的能力。如果鎖孔壁是穩定的，它將增強周圍材料的激光吸收并提高激光制造效率。但是，如果壁晃動或倒塌，則材料會在鎖孔周圍凝固，從而將氣袋滯留在新形成的材料層內。這使材料更脆，在環境壓力下更容易破裂。

　　研究人員將好區域與壞孔隙區域之間的邊界描述為平滑且清晰。“在非常狹窄的激光條件下，功率和速度的特定組合將一個好的零件和一個帶有毛孔的零件分開。只需跨過好區和壞區之間的界限，就可以確定您的零件是否帶有這種結構缺陷，” 研究人員說?；谌绱斯饣怃J的邊界的物理原理，研究人員知道一個子過程正在起作用。

　　該團隊終發現，激光與金屬的相互作用會產生聲波。

　　研究人員解釋說，聲波可以以不同方式與液體中的氣泡相互作用。在聲力的作用下，氣泡可以移動，變形，分裂甚至崩潰。在這項研究中，研究小組發現，在接近孔隙區域邊界的激光條件下，聲力在將孔隙推離鎖孔尖端方面起著至關重要的作用。在熔池中不產生聲波的情況下，孔隙將被拉回到鎖孔中。

　　“這真是令人驚訝，”研究人員說。“短脈沖激光器被認為是在液體中產生聲波的來源，但我們在使用連續波激光器時觀察到了聲效應。顯然，仍有許多有趣的問題需要進一步研究。”

　　雜志描述的兩個發現對基礎和應用研究領域的金屬激光增材制造均具有直接影響。功率-速度圖中清晰定義的孔隙區域邊界為激光粉末床熔合技術人員確定良好的印刷條件提供了更大的信心。同時，同步加速器X射線成像提供的新觀察結果開啟了激動人心的多學科研究領域，將吸引更多科學家對激光增材制造進行基礎研究。

　　研究團隊將繼續應用先進的表征技術，對增材制造工藝和材料進行深入研究。增材制造技術有望徹底改變我們的制造方式。

　　“增材制造只有在研究界將控制印刷過程中涉及的復雜的能量-物質相互作用的所有優美的物理原理拼湊起來之后，才能發揮其全部潛力。”