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影響3D打印零件疲勞性能的因素可歸納為殘余應(yīng)力、表面粗糙度、內(nèi)部缺陷、各向異性和微觀結(jié)構(gòu)不均勻性。這些因素可以通過(guò)工藝參數(shù)和/或后處理進(jìn)行改變。大多數(shù)研究表明，表面粗糙度對(duì)打印態(tài)零件的影響為重要。根據(jù)零件中缺陷的分布情況，機(jī)械加工對(duì)疲勞壽命可能有積極影響也可能無(wú)影響。對(duì)于退火和機(jī)械加工的試樣，通常內(nèi)部或表面缺陷在疲勞壽命中起主要作用，這取決于其壽命范圍和載荷條件。當(dāng)通過(guò)優(yōu)化工藝和后處理手段減少缺陷時(shí)，微觀組織的不均勻性可能會(huì)更多地參與疲勞裂紋的萌生。

SLM制造的Ti6Al4V在幾種應(yīng)力水平下，疲勞壽命與測(cè)得的Ra的平方根之間的相關(guān)性：（a）R=-1載荷，（b）R = 0.1載荷

表面缺陷是造成表面粗糙度的重要原因，其對(duì)3D打印零件的疲勞性能非常不利。與內(nèi)部缺陷相比，表面缺陷會(huì)導(dǎo)致更高的應(yīng)力集中。因?yàn)閼?yīng)力梯度的存在，表面上的剪切應(yīng)力較高，表面缺陷在扭轉(zhuǎn)或多軸疲勞中的作用可能更為關(guān)鍵。幾乎所有的研究都顯示，粗糙度是幾個(gè)對(duì)打印態(tài)試樣疲勞性能有主要影響的重要參數(shù)。打印態(tài)表面的Ti6Al4V試樣的疲勞壽命比機(jī)械加工后的試樣要短4倍，裂紋多起源于表面，而非典型的3D打印缺陷。

金屬3D打印零件表面處理后的疲勞性能主要受內(nèi)部缺陷含量的影響，而內(nèi)部缺陷含量又取決于加工和后處理?xiàng)l件。通常，由于缺陷的存在，3D打印零件的疲勞強(qiáng)度通常低于鍛造材料產(chǎn)品。然而，與鍛造材料相比，經(jīng)過(guò)熱等靜壓處理具有Z小化缺陷的3D打印試樣具有同等甚至更好的疲勞強(qiáng)度；與鑄造材料相比，經(jīng)優(yōu)化工藝和去應(yīng)力的3D打印試樣也具有同等甚至更好的疲勞強(qiáng)度。

鍛造和經(jīng)熱等靜壓處理的SLM制造TC4合金的全反向軸向疲勞試驗(yàn)的疊加結(jié)果

3D打印零件經(jīng)表面加工處理后，裂紋萌生點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)移到亞表面缺陷，而內(nèi)部缺陷是高周疲勞的主要失效機(jī)制。對(duì)于裂紋萌生發(fā)生在極短壽命內(nèi)的內(nèi)部孔隙的情況，可觀察到過(guò)早失效。通過(guò)總結(jié)在各種研究中觀察到的影響3D打印金屬疲勞性能的缺陷特征發(fā)現(xiàn)，氣孔、未熔合缺陷和未熔化顆粒的尺寸、位置、形狀、密度、相互作用和取向都會(huì)影響疲勞性能。

3D打印零件在微觀結(jié)構(gòu)和缺陷方面都表現(xiàn)出各向異性。缺陷取向?qū)ζ谛阅艿挠绊憣?duì)于包含大的未熔合缺陷的試樣更為顯著，這與諸如由于夾帶氣體導(dǎo)致的孔之類的更大球形缺陷相反。大的缺陷通常形成在層之間，并且會(huì)根據(jù)加載方向發(fā)生不同的相互作用。各向異性甚至可能導(dǎo)致具有復(fù)雜幾何形狀的大型組件的各個(gè)位置處的特性發(fā)生變化，因此在打印過(guò)程中還需關(guān)注零件的擺放方向。

孔徑對(duì)EBM Ti-6Al-4V疲勞壽命的影響。SN曲線僅顯示那些因孔隙而失效的樣品

對(duì)于氣孔和不規(guī)則形狀的未熔合缺陷（可能含有部分熔融顆粒），后者邊緣的高應(yīng)力集中通常也比前者大，并且在層間拉長(zhǎng)，這使得它們對(duì)疲勞性能更不利，并導(dǎo)致更高程度的各向異性。與未熔合缺陷不同的是，氣孔在不同方向上的分布大致相似，因此不會(huì)影響性能的方向性。

激光小孔法應(yīng)力分析儀可以有效檢測(cè)3D打印材料表面缺陷的應(yīng)力集中情況，從而優(yōu)化工藝參數(shù)，減少缺陷，為后處理提供可靠的依據(jù)，以改善3D打印零件的疲勞性能，延長(zhǎng)零件的使用壽命。

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