新研究確定了三維印刷金屬如何既堅固又具有韌性

與較常規(guī)工藝的同類產品相比，一種新的三維印刷金屬技術，涉及廣泛使用的不銹鋼，已經證明可以實現(xiàn)強度和延展性的異常水平。

發(fā)表在“ 今日材料”雜志上的研究結果概述了英國伯明翰大學，瑞典斯德哥爾摩大學和中國浙江大學的聯(lián)合研究團隊如何在3D 打印過程中優(yōu)化工藝參數以實現(xiàn)結果。

這項研究與圍繞通過3D打印制造強韌金屬的能力有關，因此這一發(fā)現(xiàn)對于推動技術向重型零件制造邁進至關重要。

3D打印長期以來被認為是一種可能改變我們制造方式的技術，使我們能夠快速建立具有復雜和定制幾何形狀的物體。

隨著近年來技術的飛速發(fā)展，3D打印，特別是金屬 3D打印，正在迅速向廣泛的工業(yè)應用方向發(fā)展。

實際上，制造巨頭通用電氣(GE)已經在使用金屬3D打印來生產一些關鍵部件，例如最新LEAP飛機發(fā)動機中的燃料噴嘴。該技術幫助GE將900個獨立組件減少到16個，使燃料噴嘴減輕40%，降低60%。

到2025年，該行業(yè)的全球收入預計將超過200億美元。盡管前景光明，但金屬3D打印產品的質量一直容易受到懷疑。在大多數金屬3D打印工藝中，產品直接由金屬粉末構成，這使得它易于產生缺陷，從而導致機械性能的劣化。

劉雷峰博士是該項目的主要參與者，最近從斯德哥爾摩大學轉到伯明翰大學，擔任AMCASH研究員。他說，“強度和延展性是彼此的天敵，大多數方法都是為了強化金屬而開發(fā)的，因此降低了延展性。”

“3D打印技術已知能夠生產出以前難以接近的形狀的物體，我們的工作表明，它還可以生產下一代結構合金，并且在強度和延展性方面都有顯著提高。”

由于超快的冷卻速度(估計為每秒1000oC至每秒1億oC)，這已經成為可能 - 這是在3D打印出現(xiàn)之前在大塊金屬生產過程中無法實現(xiàn)的。

如此快速冷卻的金屬導致所謂的非平衡狀態(tài)，允許一些令人驚奇的微觀結構，如亞微尺寸的位錯網絡 - 本文揭示了這是改善機械性能的主要原因。

劉博士繼續(xù)說道，“這項工作為研究人員提供了一種全新的工具來設計具有超高機械性能的新合金系統(tǒng)。它還有助于金屬3D打印進入需要高機械性能的領域，如航空航天和汽車工業(yè)的結構件“。

來自伯明翰大學冶金與材料學院的Yu-Lung Chiu博士，Ji Zou博士和Jing Wu博士組成了伯明翰團隊。負責電子顯微鏡中心的Chiu博士在電子顯微鏡內部建立了微納米材料測試系統(tǒng)，可以在機械測試期間原位分析樣品的性能和機理。它極大地有助于識別有效的微觀結構特征以改善性能，更重要的是，理解機制。