位于牛津郡Harwell科学与创新园区的英国钻石光源研究机构的研究人员一直致力于推动激光3D打印技术发展的新项目。与I12，联合工程环境处理（JEEP）光束线和中央激光设施的科学家合作，他们已经建立了一个激光增材制造（LAM）机器，该机器在光束线上运行，使用户能够看到过程的核心，揭示LAM期间发生的各种潜在物理现象。

3D打印在线平台3D工场（www.3Dworks.cn）了解到，LAM工艺对于在相对较短的时间内创建具有复杂几何形状的3D物体非常有用，它们通过引导激光选择性地熔化金属或陶瓷粉末的床层来工作，该床层然后重新固化并熔合在一起以便积聚所需的形状。LAM工艺的冷却速度非常快，并且因为它们不同于传统的制造工艺，所以很难知道最佳条件是什么以获得最佳可能性。这种知识的缺乏推迟了LAM在生产像涡轮叶片，能量存储系统和生物医学设备等安全关键工程结构中的应用。我们之前已经报道过正在进行的研究项目，以改善金属3D打印过程，更准确地了解熔池中发生的一切是最有希望的研究领域。这项最新的研究是迄今为止最先进的研究之一，因为它利用了钻石光源设施强大的同步加速器成像系统。

3D打印在线平台3D工场（www.3Dworks.cn）了解到，根据负责该项目的曼彻斯特大学Peter Lee教授的说法，“LAM过程非常快，发生在几毫秒之内，并且要研究我们需要的微秒分辨率，这只能通过同步加速器的辉煌才能实现。它使我们能够跟踪粉末，熔化和固化回到最终固体形状的过程。在JEEP，我们正在研究航空发动机中使用的超级合金，我们需要在那里生产出高能量的硬X射线来观察它们“。

该团队开发了一种新型LAM工艺复制器，称为LAMPR。这使得他们能够成像和量化融化轨迹的形成，因为在AM过程中印刷层。LAMPR被设计为适合束线，并且它模仿商业LAM系统的工作方式，以及对X射线透明的附加窗口，使科学家能够直接看到LAM过程的中心。LAMPR揭示了LAM工艺中的各种重要机制，包括熔体痕迹的形成和演变，飞溅模式，沉积层中的裸露区（无粉末区）和孔隙率。

（图片：钻石，自然通讯）

LAMPR的一个关键发现是LAM 3D打印物体中的表面孔隙通常是由孔隙爆裂机制引起的，其中表面孔隙逸入大气中，留下表面凹陷。这推翻了以前的假设，认为熔点不完全是责任。研究小组还发现，由表面张力引起的预熔导致金属蒸汽的释放和惰性气体的加热，惰性气体是另一种潜在的缺陷来源，形成羽流，从主轨道喷出粉末和熔融液滴。

该团队利用他们的研究来创建一个流程图，该流程图说明了如何调整和优化LAM过程的各种参数，以最小的试验和错误生成更高质量的产品。他们的研究成果在一篇题为“激光增材制造中缺陷和熔池动力学的原位X射线成像”的论文中详细介绍，发表在Nature Communications杂志上。