研究人员已经开发出一种3D打印金属的新方法，可以帮助降低成本，更有效地利用资源。
这种方法是由剑桥大学领导的一个研究小组开发的，它允许在3D打印过程中将结构修改“编程”到金属合金中，从而微调其性能，而无需使用数千年来一直使用的“加热和加热”过程。
新的3D打印方法结合了两个世界的最佳品质:3D打印使复杂的形状成为可能，并且能够设计传统方法允许的金属结构和性能。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。
与其他制造方法相比，3D打印有几个优点。例如，使用3D打印制造复杂的形状要容易得多，而且它比传统的金属制造方法使用的材料要少得多，使其成为一个更高效的过程。然而，它也有明显的缺点。
剑桥大学工程系的Matteo Seita博士是这项研究的负责人，他说:“3D打印有很多希望，但在工业上还没有得到广泛应用，主要是因为生产成本高。”“这些成本的主要驱动因素之一是材料在生产后需要调整的数量。”
自青铜器时代以来，金属部件都是通过加热和加热来制造的。这种方法是用锤子使材料硬化，然后用火软化，使制造商能够将金属形成所需的形状，同时赋予其物理特性，如柔韧性或强度。
Seita说:“加热和加热之所以如此有效，是因为它改变了材料的内部结构，从而可以控制其性能。”“这就是为什么它在几千年后仍然在使用。”
当前3D打印技术的主要缺点之一是无法以同样的方式控制内部结构，这就是为什么需要如此多的后期制作更改。
Seita说:“我们正在努力想办法在不需要加热和加热的情况下恢复一些结构工程能力，这将有助于降低成本。”“如果你能控制你想要的金属属性，你就可以利用3D打印的绿色方面。”
Seita与新加坡、瑞士、芬兰和澳大利亚的同事合作，开发了一种新的3D打印金属“配方”，可以在激光熔化材料的过程中高度控制材料的内部结构。
通过控制材料融化后的固化方式，以及在此过程中产生的热量，研究人员可以对最终材料的特性进行编程。通常，金属被设计得坚固而坚韧，因此它们在结构应用中是安全的。3D打印的金属本身就很坚固，但也很脆。
研究人员开发的策略可以完全控制强度和韧性，当3D打印金属部件在相对较低的温度下放置在炉中时，通过触发微观结构的可控重新配置。他们的方法使用传统的基于激光的3D打印技术，但对过程进行了微调。
Seita说:“我们发现，在3D打印过程中，激光可以用作‘微观锤’来硬化金属。”“然而，用相同的激光第二次熔化金属会使金属的结构松弛，从而允许在将零件放入熔炉中时进行结构重新配置。”
他们的3D打印钢材经过理论设计和实验验证，由强度和韧性材料交替区域制成，使其性能与通过加热和加热制成的钢材相当。
Seita说:“我们认为这种方法可以帮助降低金属3D打印的成本，从而提高金属制造业的可持续性。”“在不久的将来，我们还希望能够绕过熔炉中的低温处理，进一步减少在工程应用中使用3D打印部件之前所需的步骤。”
该团队包括来自南洋理工大学、科学、技术和研究局(A*STAR)、保罗谢勒研究所、芬兰VTT技术研究中心和澳大利亚核科学与技术组织的研究人员。Matteo Seita是剑桥大学圣约翰学院的研究员。
更多信息:具有可编程微观结构和性能的合金的增材制造，自然通讯(2023)。期刊信息:Nature Communications
剑桥大学提供 引用:使用激光“加热和加热”3d打印钢可以帮助降低成本(2023,10月30日) 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
