香港團隊使用3D打印來開發新型強韌、韌性和輕質鈦合金

魔猴君  行業資訊   1122天前

當我們想到 3D 打印時，我們往往會想到它生產復雜幾何形狀的能力，但香港團隊已經改變了這一點，將這項技術重新用于材料開發應用。該研究的第一作者張天龍博士認為，我們應該開始考慮將添加劑作為一種多功能工具：“我們發現它在設計材料方面具有重要潛力，而不僅僅是設計幾何形狀。”科學家們相信他們的工作可以為新材料開發范式鋪平道路，其中 3D 打印技術用于制造具有適合工業應用的結構和性能的合金。

新的鈦合金強度和延展性足以用于結構應用。圖片來自香港城市大學。

用于材料開發的 3D 打印

金屬合金部件缺乏均勻性通常是一種不受歡迎的特性，因為它會導致諸如脆性之類的特性。這仍然是我們在增材制造中試圖克服的問題之一，因為粉末床融合等高溫工藝通常會導致零件快速冷卻，這本身會導致金屬 3D 打印組件的不均勻性。然而，根據張博士之前的建模和模擬研究，一定程度的不均勻性實際上可能有利于合金部件的性能，因為它可以產生獨特且不均勻的微觀結構。因此，本研究實際上利用了大多數人認為是 3D 打印的缺點——當生活給你檸檬時，對嗎？“增材制造的獨特功能為我們設計微觀結構提供了更大的自由，”張解釋說。 “具體來說，我們開發了一種部分均質化方法，可以借助 3D 打印生產具有微米級濃度梯度的合金，這是任何傳統材料制造方法都無法實現的。”

香港團隊的方法包括使用粉末床融合 3D 打印機的聚焦激光束將兩種不同的合金熔化在一起。在這種情況下，Ti64 被熔化并與 316L 不銹鋼混合。通過仔細控制某些打印參數，如激光功率和掃描速度，科學家們發現他們可以以可控的方式創造出一種不均勻的成分——一種新的合金。

該研究的第一作者 Liu Chain-Tsuan 教授說：“除了使用增材制造之外，兩種粉末混合物的成分是在新合金中創造前所未有的具有高亞穩定性的熔巖狀微觀結構的另一個關鍵。 . “這些獨特的微觀結構產生了卓越的機械性能，使合金非常堅固，但具有延展性和重量輕。”

香港城市大學研究團隊開發的 3D 打印鈦合金的熔巖狀晶粒取向圖。圖片來自香港城市大學。

堅固、有延展性且重量減輕 40%

雖然不銹鋼的密度約為 7.9g/cm3，但新開發的合金的密度僅為 4.5g/cm3，這意味著該團隊實現了 40% 的重量減輕。然而，這并不是說合金失去了強度，因為實驗確定它具有 1.3 GPa 的高拉伸強度和約 9% 的均勻伸長率。該合金還具有超過 300 MPa 的優異加工硬化能力，確保了較大的壓裂前安全裕度。據劉說，令人印象深刻的一組特性將使該材料有資格用于航空航天、汽車和能源等領域的各種結構應用。就未來的工作而言，該團隊打算將該方法應用于不同的合金系統，以探索新的獨特合金組合的開發。

3D打印鈦合金的微觀結構。圖片來自香港城市大學。

對于工業零件，使用的材料通常與制造方法一樣重要，需要在材料開發領域進行廣泛的研究。 麻省理工學院 (MIT) 的工程師最近開發了一種機器學習算法，能夠加快識別 3D 可打印材料的過程。 該團隊的優化算法通過自動識別具有理想特性的可行打印材料來工作。

同樣，賓夕法尼亞州利哈伊大學的研究人員最近開發了一種新的基于機器學習的方法，可以根據結構相似性對材料組進行分類。 該技術正被用于尋找新開發材料之間以前看不見的聯系，甚至是結構和特性等相關因素，可能會產生一種新的計算材料開發方法。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/xin3Ddayinjishu/41176.html