预测粘结剂喷射金属3D打印烧结窗口，橡树岭提出一种新方法

用于粘结剂喷射增材制造(BJAM)的粉末批次间差异可能会显著影响材料已设定好的“理想”烧结窗口。克服该问题的一种方法是对每批粉末在不同温度下进行烧结实验。然而，这种方法较为耗时。可以利用CALPHAD（计算相图）等计算热力学工具的预测能力来克服这一挑战，特别是对于粘结剂喷射增材制造，因为该过程发生在接近平衡的条件下。然而，考虑到“规格”内许多可能的原料成分，使用CALPHAD计算烧结窗口的计算成本可能很高。

来自橡树岭国家实验室的研究人员为镍基高温合金生成了高通量计算相图数据，开发出了机器学习模型来快速预测烧结窗口。该模型的预测能力已使用In718和In625进行了验证。经过验证的模型是轻量级的，可以部署在工业环境中，以加速获得烧结窗口。

研究人员指出，Binder Jetting技术自诞生以来，已经开发出了基于该工艺的多种材料的成形工艺，如In625、In718、17-4PH、316L不锈钢类别和H13工具钢，甚至铝合金、铜合金和钛合金等。粘结剂喷射后，打印的部件要将粘结剂烧尽处理，以使有机粘结剂和富碳残留物蒸发，C会对烧结部件的可烧结性和机械性能产生不利影响。随着粘结剂技术的最新进步，已经开发出不留下富碳残留物的粘结剂。粘结剂烧尽后，将零件加热至烧结温度来增加零件的密度。烧结可以在低于固相线温度下进行（固态烧结），其中通过固态状态下的扩散和传质发生致密化。最近，超固相线液相烧结（SLPS）由于更高的致密化率引起了关注。SLPS是一种致密化技术，涉及在固相线和液相线之间的温度下烧结预合金粉末，从而导致液相在晶界、颗粒间边界和晶粒内部成核。发现致密化发生在三个事件中，包括沿晶界/颗粒间边界的液体成核，随后多晶颗粒破碎，毛细管重排实现致密化，最后通过溶液再沉淀、孔去除和晶粒实现致密化。在烧结温度下形成的液体的体积分数至关重要，因为在烧结温度下液体分数太低会导致致密化不良，而高的液体体积分数会导致零件变形。因此，控制SLPS过程中形成的液体比例对于零件的致密化和形状保持至关重要。理想的烧结窗口将导致足够的液体成核，以实现粘结剂喷射打印部件的致密化和形状保持。然而，迄今为止，量化致密化而不变形所需的液体量的研究非常有限。因此，预测烧结窗口是通过反复试验的方法，导致需要进行大量的实验来定义合金的烧结窗口。