惠普Meta Jet和SLM技术打印零件的疲劳性能对比分析
不同3D打印工艺有其对应的应用场景，不能说那种技术一定更好，但用户需要认识清楚不同工艺之间的差别。SLM技术适用于高精度、高表面质量的应用，零件几乎完全致密化，强度也很高，但制造效率低、成本高；基于粘结剂喷射的金属3D打印工艺适合于批量制造场景，但零件内部相比SLM技术存在较多孔隙，零件性能也普遍认为不如前者。
在此背景下，来自南洋理工大学的研究人员，比较了这两种工艺制造的零件疲劳性能的影响，并从微观结构角度进行了分析，发现尽管与粘结剂喷射技术打印的零件相比，SLM制造零件的孔隙率水平更低，但其高周疲劳性能却远低于后者，而粘结剂喷射技术打印零件的疲劳强度与与传统制造的致密零件相当。
粘结剂喷射技术的成型试样，采用HP Metal Jet打印机制造，粘结剂为水性溶液，零件尺寸为70*10*10mm。打印完成后零件被加热使粘结剂中的水分挥发形成具有一定强度的生坯，粘结剂在高温烧结阶段会发生分解，金属粉末在1380℃和氢气的保护下烧结两个小时完成冶金结合。该工艺的成型试样包括垂直和水平两种。
SLM技术的成型试样采用Concept Laser打印机制造，零件为总长度为64 mm、直径为9 mm的圆柱。打印参数为：激光功率90 W，扫描速度1000 mm/s，间距150 µm，层厚30 µm，连续层之间旋转90°扫描。打印完成后，样品在500°C去应力退火一小时。
传统制造的试样取自商用热轧板，钢板在1050℃退火并空冷，性能满足ASTM A240 / A240M–17标准，适合制造压力容器。
测试结果发现，HP Metal Jet技术打印试样的硬化行为、延展性、疲劳强度与传统制造的合金相当，试样中较高的孔隙率虽然未对高周疲劳性能造成影响，但会导致屈服强度降低。因此，如果能够大幅降低孔隙率，可以使Metal Jet技术与传统方法制造的零件具有同等性能。
SLM、Metal Jet和传统制造试样的拉伸和疲劳性能
SLM、Metal Jet和传统制造试样的典型拉伸应力-应变曲线、疲劳性能及加工硬化行为
SLM工艺比Metal Jet工艺打印的试样内部孔隙要少的多，具有较高的屈服强度，但其延展性较差，疲劳强度也远不如另两种试样。
Metal Jet和SLM技术打印的零件组织
两种不同3D打印工艺条件下零件的不同微观结构可以解释这些结果：粘结剂喷射技术成型的零件在塑性变形的早期阶段普遍存在平面滑移，以及与其他微结构因素的结合，导致在准静态和循环载荷下阻止了在孔角处成核的小裂纹，因此延展性和疲劳强度都不会受到材料中孔隙率的不利影响。在SLM工艺试样中，柱状晶粒内的精细凝固单元结构使它们具有较高的屈服强度，而由于柱状晶粒太细、取向差不够大，无法阻碍裂纹扩展，导致SLM零件的疲劳抵抗力较低。
对于SLM试样来说，应尽量减少未熔合气孔的发生，从而降低总孔隙度，进而提高疲劳强度。最后研究人员指出，该研究所使用的SLM工艺并未得到优化；采用HP Metal Jet工艺打印的试样，也是基于该公司早期开发的工艺。而实际上随着HP技术的商业化，现有的工艺可能能够实现更好的性能；而对于SLM技术，工艺自然也会对性能造成显著影响。
最后，关于两种技术机械性能更为全面的分析对比，请点击《基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析》查看。
本期上传：研究原文及HP Metal Jet技术目录。
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4.金属打印批量化竞争：SLM无支撑系统PK HP与Desktop Metal