美国科学家正在学习更多有关功率，温度及其对金属3D打印过程的影响的知识，其发现已在最近发表的《基于激光的金属增材制造过程中的地下冷却速率和微结构响应》中概述。
由于向工业用户提供了一系列好处，如今LPBF在增材制造过程中越来越普遍地使用-无论他们是寻求快速创建原型还是创建更复杂的几何形状的能力（整体3D打印的最大优势之一）。
科学家，制造商和许多不同的用户还能够使用各种更有效地制造物体的金属粉末。但是，由于该过程，涉及粉末的快速熔化然后重新固化，因此需要考虑广泛的热梯度以及可能影响结构结果的冷却速率。研究人员使用这项研究来“量化冷却速率”，然后将其与以Ti-6Al-4V（Ti-64、90％Ti，6％Al，4％V –重量比）为中心的印刷产品的质量进行比较。作为他们的物质系统。
钛由于其坚固，重量轻且耐腐蚀而在当今的制造中经常使用。这种材料一直是许多研究的重点，测试其为其他3D打印部件提供稳定性，制造医疗设备（如植入物），与其他技术结合使用等的能力。
钛通常以两种同素异形形式显示（室温六角密堆积 α相和高温体心立方 β相），通常用于以下应用中：
作者说：“与其他金属成分一样，Ti-64中的微观结构和相与制造过程中的热历史密切相关，并且对于常规制造具有良好的特性。”
“另一方面，对于通常使用Ti-64的LPBF制造而言，构建参数（例如激光速度和功率）与所形成的相和微结构之间的联系是微弱的，并且主要来自反复试验法。”
显示相关尺寸的实验几何图。尺寸未按比例绘制。
这组作者说，先前的研究表明对地下效应“不敏感”，没有留下任何先前的方法来检查热运动，这对理解AM金属印刷可能是“关键”的领域。
每帧以500 Hz和1 ms的采集时间收集的衍射数据。数据适用于200 W激光功率，144 mm / s扫描速度和粉末基材界面下方50μm的X射线光斑尺寸的构建参数。（a）2D衍射图样，在激光扫描之前（顶部），之前（顶部）10 ms，之后（中间）4 ms和之后（底部）80 ms。这些插图示意性地显示了这些时间激光相对于X射线探测区域的位置。（b）相应的方位角积分强度分别是蓝色，绿色和黄色中Q的函数。（c）在垂直轴上绘制的强度随时间变化，以显示LPBF过程中衍射峰的演变。（a，c）的强度由颜色编码，各个色条指示比例。
然而，这项研究中的分析导致了一种在LPBF过程中跟踪结晶钛相的方法。使用固定的原子坐标和热参数以及作者添加的多个比例因子和晶格参数跟踪每个相。
原位冷却速率，针对以500 Hz帧速率和每帧1 ms采集时间收集的数据进行计算。（a）当激光功率为225 W，速度为144 mm / s时，α-Ti（蓝色圆圈）和β-Ti（橙色菱形）晶相的比例因子随时间变化。α-Ti峰值强度的下降与黑色虚线所示的激光重合。另外，图中示出了相位分数主要为β-Ti的时间段（τβ）。实线是眼睛的指南。（b）对于与（a）相同的工艺参数，α-Tiα和c参数（分别为蓝色菱形和橙色正方形）和β-Ti相（绿色圆圈）的晶格参数作为时间的函数。对于原始材料，α-Ti相的c-晶格参数除以1.6的近似c / a比。β-Ti相的晶格参数在τβ上的变化表示为Δaβ。由于在此时间范围内存在很大的不确定性，因此在τβ期间未显示α-Ti相的晶格参数。（c）从晶格弛豫率（蓝色圆圈）和β-Ti寿命τβ（橙色菱形）计算得出的一系列激光功率的冷却速率。
冷却速率的水平证实了“在统计上的不确定性之内”的一致性，这导致作者认为在熔融转变过程中的这种活性以及任何正在发展的应变都可以忽略不计。冷却速率导致加热的体积增加，从而减小了热梯度，并且“周围材料作为散热器的有效性降低”。
总体而言，研究人员证明，在这项研究中，冷却速度取决于激光功率参数-合成的 β相成分承担了大部分残余材料应变。
研究人员总结说：“ 与起始基础材料相反，我们还观察到了V在重新凝固区域内的均匀重新分布，而起始基础材料与β相分数的减少 有关。” “这些见解对于总体上为LPBF工艺奠定良好的理论基础以及了解如何预测AM制造的Ti-64部件的性能至关重要。”