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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力、表面粗糙度、內部缺陷、各向異性和微觀結構不均勻性。這些因素可以通過工藝參數和/或后處理進行改變。大多數研究表明，表面粗糙度對打印態(tài)零件的影響為重要。根據零件中缺陷的分布情況，機械加工對疲勞壽命可能有積極影響也可能無影響。對于退火和機械加工的試樣，通常內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。當通過優(yōu)化工藝和后處理手段減少缺陷時，微觀組織的不均勻性可能會更多地參與疲勞裂紋的萌生。
SLM制造的Ti6Al4V在幾種應力水平下，疲勞壽命與測得的Ra的平方根之間的相關性：（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3D打印零件的疲勞性能非常不利。與內部缺陷相比，表面缺陷會導致更高的應力集中。因為應力梯度的存在，表面上的剪切應力較高，表面缺陷在扭轉或多軸疲勞中的作用可能更為關鍵。幾乎所有的研究都顯示，粗糙度是幾個對打印態(tài)試樣疲勞性能有主要影響的重要參數。打印態(tài)表面的Ti6Al4V試樣的疲勞壽命比機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部缺陷含量的影響，而內部缺陷含量又取決于加工和后處理條件。通常，由于缺陷的存在，3D打印零件的疲勞強度通常低于鍛造材料產品。然而，與鍛造材料相比，經過熱等靜壓處理具有Z小化缺陷的3D打印試樣具有同等甚至更好的疲勞強度；與鑄造材料相比，經優(yōu)化工藝和去應力的3D打印試樣也具有同等甚至更好的疲勞強度。
鍛造和經熱等靜壓處理的SLM制造TC4合金的全反向軸向疲勞試驗的疊加結果
3D打印零件經表面加工處理后，裂紋萌生點會轉移到亞表面缺陷，而內部缺陷是高周疲勞的主要失效機制。對于裂紋萌生發(fā)生在極短壽命內的內部孔隙的情況，可觀察到過早失效。通過總結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，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影響疲勞性能。
3D打印零件在微觀結構和缺陷方面都表現出各向異性。缺陷取向對疲勞性能的影響對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，并且會根據加載方向發(fā)生不同的相互作用。各向異性甚至可能導致具有復雜幾何形狀的大型組件的各個位置處的特性發(fā)生變化，因此在打印過程中還需關注零件的擺放方向。
孔徑對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），后者邊緣的高應力集中通常也比前者大，并且在層間拉長，這使得它們對疲勞性能更不利，并導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，因此不會影響性能的方向性。
激光小孔法應力分析儀可以有效檢測3D打印材料表面缺陷的應力集中情況，從而優(yōu)化工藝參數，減少缺陷，為后處理提供可靠的依據，以改善3D打印零件的疲勞性能，延長零件的使用壽命。
(摘自網絡，如有不妥，請告之)
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