虽然在致密度测试里，金属注射成型 3D 打印的样品密度能有 7.86g/cm3，相对密度达到 98.49%，但是从前面章节的横截面金相还有电子显微镜照片里，还是能看到一定数量的孔隙。孔隙在金属材料里是很常见的微观缺陷哦。一般情况下，金属里孔隙开始出现、慢慢扩展，然后连接成宏观的裂纹缺陷，这可是材料在加工或者使用过程中失效的主要原因之一呢。那为啥内部有一定数量孔隙的 3D 打印样品还能比很多其他加工方式的力学性能更好呢？这是个很有趣也值得好好研究探讨的问题。
为了搞清楚这个疑惑，就得对样品内部的孔隙缺陷从更多角度去观察和分析。把拉伸断裂后的样品用线切割机床沿着纵向切开，然后用砂纸打磨后放在金相显微镜下看，可以发现和横切面那种点状孔隙不一样，纵切面的金相照片从另一个方向展示出了孔隙真实的形状。能看到有周期性的垂直孔隙在材料内部到处都是。量一量相邻垂直孔隙之间的距离，会发现这个数值正好就是打印层高收缩后的距离，那就证明这些孔隙就是圆形线材相邻打印层之间材料没填满的地方。这些周期性的垂直孔隙，可以用裂纹的扩展机理来说明为啥金属注射成型 3D 打印方法加工后的材料能在某些方面超过其他加工方式的力学性能。在万能试验机的轴向载荷一直作用下，微观层面材料内部第二相粒子和基体结合的界面那里会出现力学比较薄弱的地方，再进一步塑性变形就会产生显微空洞，也就是早期的韧窝结构开始出现了。随着塑性变形不停地进行，薄弱地方的材料局部就会断裂，形成微裂纹。微裂纹的尖端是应力集中的地方，微裂纹会沿着样品直径方向继续扩展，一直到和相近的纵向垂直孔隙碰到一起，这时候尖端的应力就释放了，微裂纹进一步扩展的趋势就变弱了，这样材料发生断裂的时间就变长了，所以金属注射成型 3D 打印方法加工的样品能在强度指标不错的同时，还有其他加工方式达不到的延伸塑性。
硬度可是反映材料性能很重要的一个指标哦，说的是材料表面抵抗硬物侵入的能力，平时经常被当作过程质量控制的重要手段。根据材料性能和几何尺寸不一样，主要有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度这三种试验方法，其中维氏硬度用得最广。它的测量方法是把相对面夹角是 136°的正棱锥金刚石压头在特定的载荷作用下压到要测试的样品表面，保持压力额定时间后把压头拿走，量一量残留在试样表面凹坑的对角线长度，算出压痕的表面积，最后算出压痕表面积上的平均压力，这就是金属的维氏硬度值，用符号 HV 表示。维氏硬度测试结果显示，不同打印层高参数下的样品，材料的平均硬度差别不是很大，没有那种很明显的逐渐变化的情况。因为各个层高参数的样品用的脱脂和烧结工艺是完全一样的，加热温度、加热时间还有冷却速率都相同。从前面章节知道不同打印层高样品晶粒平均尺寸在 49μm 左右，晶粒尺寸和微观结构差不多，这就是它们有比较稳定的显微硬度的主要原因。而且，相对小一点的晶粒尺寸，也让金属注射成型 3D 打印的 316L 材料有很棒的显微硬度，打印样品平均硬度在 325HV 左右，比普通 ASTM 锻件不到 200HV 的硬度要好很多。当然啦，虽然各个打印层高下样品的平均显微硬度差别不大，但是还是能发现一些小差异。能看到随着打印层高增加，显微硬度测试的数据波动也更大了。这是因为打印层高增加，微观空隙这些缺陷就变多了，材料组织的均匀性就被破坏了一些，就有了局部力学比较薄弱的地方，所以硬度测试的数据波动就变大了。