香港团队使用3D打印来开发新型强韧、韧性和轻质钛合金

时间：2021-10-27 08:53 来源：中国3D打印网作者：admin 阅读：次

中国3D打印网10月27日讯，当我们想到 3D 打印时，我们往往会想到它生产复杂几何形状的能力，但香港团队已经改变了这一点，将这项技术重新用于材料开发应用。该研究的第一作者张天龙博士认为，我们应该开始考虑将添加剂作为一种多功能工具：“我们发现它在设计材料方面具有重要潜力，而不仅仅是设计几何形状。”科学家们相信他们的工作可以为新材料开发范式铺平道路，其中 3D 打印技术用于制造具有适合工业应用的结构和性能的合金。

新的钛合金强度和延展性足以用于结构应用。图片来自香港城市大学。
用于材料开发的 3D 打印
       金属合金部件缺乏均匀性通常是一种不受欢迎的特性，因为它会导致诸如脆性之类的特性。这仍然是我们在增材制造中试图克服的问题之一，因为粉末床融合等高温工艺通常会导致零件快速冷却，这本身会导致金属 3D 打印组件的不均匀性。然而，根据张博士之前的建模和模拟研究，一定程度的不均匀性实际上可能有利于合金部件的性能，因为它可以产生独特且不均匀的微观结构。因此，本研究实际上利用了大多数人认为是 3D 打印的缺点——当生活给你柠檬时，对吗？“增材制造的独特功能为我们设计微观结构提供了更大的自由，”张解释说。 “具体来说，我们开发了一种部分均质化方法，可以借助 3D 打印生产具有微米级浓度梯度的合金，这是任何传统材料制造方法都无法实现的。”
         香港团队的方法包括使用粉末床融合 3D 打印机的聚焦激光束将两种不同的合金熔化在一起。在这种情况下，Ti64 被熔化并与 316L 不锈钢混合。通过仔细控制某些打印参数，如激光功率和扫描速度，科学家们发现他们可以以可控的方式创造出一种不均匀的成分——一种新的合金。
       该研究的第一作者 Liu Chain-Tsuan 教授说：“除了使用增材制造之外，两种粉末混合物的成分是在新合金中创造前所未有的具有高亚稳定性的熔岩状微观结构的另一个关键。 . “这些独特的微观结构产生了卓越的机械性能，使合金非常坚固，但具有延展性和重量轻。”

香港城市大学研究团队开发的 3D 打印钛合金的熔岩状晶粒取向图。图片来自香港城市大学。
坚固、有延展性且重量减轻 40%
虽然不锈钢的密度约为 7.9g/cm³，但新开发的合金的密度仅为 4.5g/cm³，这意味着该团队实现了 40% 的重量减轻。然而，这并不是说合金失去了强度，因为实验确定它具有 1.3 GPa 的高拉伸强度和约 9% 的均匀伸长率。该合金还具有超过 300 MPa 的优异加工硬化能力，确保了较大的压裂前安全裕度。据刘说，令人印象深刻的一组特性将使该材料有资格用于航空航天、汽车和能源等领域的各种结构应用。就未来的工作而言，该团队打算将该方法应用于不同的合金系统，以探索新的独特合金组合的开发。

3D打印钛合金的微观结构。图片来自香港城市大学。

对于工业零件，使用的材料通常与制造方法一样重要，需要在材料开发领域进行广泛的研究。麻省理工学院 (MIT) 的工程师最近开发了一种机器学习算法，能够加快识别 3D 可打印材料的过程。该团队的优化算法通过自动识别具有理想特性的可行打印材料来工作。
同样，宾夕法尼亚州利哈伊大学的研究人员最近开发了一种新的基于机器学习的方法，可以根据结构相似性对材料组进行分类。该技术正被用于寻找新开发材料之间以前看不见的联系，甚至是结构和特性等相关因素，可能会产生一种新的计算材料开发方法。

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