英国伯明翰大学、瑞典斯德哥尔摩大学和中国浙江大学组成的一个研究团队最近表示,相比于传统的制造工艺,3D打印新技术所打印的金属可以表现极高的强度和延展性。
研究人员在“今日材料”上发表的论文中描述了这种新技术,利用3D打印展示出该技术制造强度高延展性好的金属的能力,而且表明了这项研究对于应用该技术制造重型金属零件至关重要性。
3D打印技术可以快速制造一个复杂或特定形状的物品,长期以来一直被认为是可以改变制造业的技术。随着近年来技术的加速发展,3D打印正在快速的向工业应用领域发展,尤其是金属3D打印。
例如,制造业巨头General Electric(GE)已经将金属3D打印技术应用在一些重要部件的生产上,比如最新的LEAP飞机发动机中900个分散部件减少到16个,使燃料喷嘴减轻40%,成本减低60%。
预计到2025年,每年全球应用3D打印技术的收入将超过200亿美元。尽管该技术应用前景好,但3D打印金属制品的质量一直不太理想。在大多数金属3D打印工艺中,原料是金属粉末,这就使得其易于产生缺陷,从而影响机械性能。
最近从斯德哥尔摩大学到伯明翰大学从事科研的该项目的主要研究人员Leifeng Liu 表示:“强度和延展性是相互矛盾的性质,大多数情况下金属强度高延展性都会下降,众所周知,3D打印技术可以生产出特别复杂形状的零件,我们的工作表明,3D打印技术还可以生产出强度和延展性都有显著提高的下一代结构合金。”
要想实现上述金属的性能就要保证有特别快的冷却速度,估计在1000℃/秒到1亿℃/秒的范围内,在3D打印技术出现之前这是不可能的事情。这样快的冷却速度可以让金属达到一种非平衡过渡相从而形成特殊的显微结构,如亚微米尺寸的位错网络,这就是改善机械性能的主要因素。
Liu说:“这项工作会帮助研究者找到一个新的方法去设计具有机械性能优越的合金系统。这也有助于金属3D打印技术应用于如航空航天和汽车工业中的结构部件等要求机械性能非常高的领域。”