近日，空军研究实验室研究人员与布鲁克海文国家实验室国家同步辐射光源II的光束科学家联手，使用非常明亮的X射线来检查3D打印材料和工艺。

国家同步光源II光束线帮助AFRL研究人员检查3D打印油墨（图片：美国空军/ Hilmar Koerner）

过去几年来，美国空军在添加剂制造方面并不陌生，在3D打印引擎和3D打印刷穿戴电子产品方面开展了多项新兴技术的研究。然而，对于某些应用，需要进行更多的3D打印研究。最终，这是一个材料的问题。虽然3D打印能够产生比十年前更强大的部件，但所有防务组织必须非常小心，以确保用于军事用途的部件足够强大，可以在其指定任务中生存。

这通常意味着需要调整全新的可3D打印复合材料，这些复合材料对于关键部件来说足够强大，但是从3D打印机中顺利流出，以确保合适的层粘合性和结构完整性。然而，有时候，很难准确地告诉3D打印复合材料在内部正在做什么。部分可能看起来很强硬，但没有最高科技的分析工具，很难说一个新的复合材料适合使用。这就是为什么空军研究实验室（AFRL）材料和制造局的研究人员想在布鲁克海文国家实验室使用国家同步加速器光源II的原因。

超亮X射线帮助研究人员研究复合层的粘结（图片：美国空军/ Harry Pierson）

在成功申请国家同步光源II后，AFRL材料科学家Hilmar Koerner博士（Polymer Matrix Composite Materials and Processing小组）能够与光束科学家合作，对3D打印复合材料进行实时实验。Koerner解释说：“我们在X射线光子相关光谱束线上获得光束时间，这使得我们能够以毫秒级的时间分辨率同时查看处理过程中材料的动态和结构。

通过使用光束线，Koerner和其他AFRL研究人员能够仔细检查一些含有增强填料和纳米填料的可3D打印复合材料，以修改材料的流动和凝固速率。结果非常有用。光束线显示了研究人员究竟如何以及为什么离开3D打印机喷嘴的复合油墨在短时间内从剪切稀化，易流动的液体转变成凝胶，以及随机取向的纳米填料颗粒如何形成自支撑网络。

Koerner说：“我们很高兴地发现，我们已经在这个独特的光束线上获得了光束时间。 “我们进行了实验，收集了数据，使我们能够更好地对这些材料进行实验，并为空气相关的热固性树脂及其后处理3D打印过程提供了一些启示。”

实验结果将用于优化AFRL的可3D打印复合材料和用于打印它们的3D打印参数。它还可以帮助实验室研究人员磨合其闭环3D打印机反馈控制，并提供新的高温3D打印材料。