SkyScan 2214助力揭示增材制造316L不锈钢内部结构演化

金属3D打印正在改变传统制造方式。通过逐层熔融金属粉末，可以制造传统工艺难以实现的复杂结构和轻量化零部件。

▲ 金属粉末与标准试件

一、增材制造材料的孔隙变化

但对于增材制造金属而言，一个关键问题始终存在：

材料内部那些肉眼看不见的孔隙，会如何影响结果的力学性能？

2025年，《Journal of Materials Science》发表了一项关于 316L不锈钢增材制造材料孔隙演化的研究。研究人员利用 Bruker SkyScan 2214 X-ray micro/nanotomography，对增材制造316L与传统加工316L进行了高分辨率三维表征，并进一步研究材料在拉伸变形和断裂过程中内部孔隙的变化。

在这项研究中，SkyScan 2214发挥了关键作用。

二、研究发现

研究人员对约5–10 mm尺寸的样品进行X-ray CT扫描，并采用 2 μm voxel size 获取材料内部三维结构。通过无损三维成像，研究人员不只能够观察初始状态下的孔隙，还可以对拉伸断裂区域进行扫描，从而比较材料变形前后的内部缺陷变化。

▲ 初始状态不同拉伸试件内部空隙分布

▲ 断裂后样品内部空隙分布

研究结果显示，增材制造316L在拉伸过程中发生了明显的孔隙演化：孔隙率由初始的 0.24%增加到3.96%，平均孔隙尺寸约为打印状态的 8倍。研究人员还观察到了新的孔隙形成，以及原有孔隙的长大和相互连接，并发现断裂区域附近存在明显的孔隙聚合。 

三、研究结论

这些结果揭示了一个重要规律：

材料的结尾失效，并不只是由“原本存在多少孔隙”决定，更与孔隙在受力过程中的成核、长大和合并密切相关。

这也体现了SkyScan 2214在金属增材制造研究中的独特价值——从二维缺陷检测走向三维定量表征，从“有没有孔隙”进一步回答“孔隙在哪里、是什么形态，以及它如何影响材料失效”。

对于金属3D打印而言，X-ray micro-CT正在成为连接打印工艺—内部缺陷—微观结构—力学性能的重要桥梁。

从316L不锈钢，到钛合金、镍基合金以及复杂晶格结构，SkyScan 2214让隐藏在金属内部的微观缺陷变得可见、可测量、可分析。