作為一種顛覆性技術(shù)，金屬3D打印在工業(yè)界應用廣泛，包括航空航天、生物醫(yī)藥以及汽車等一系列領(lǐng)域。通過金屬的增材制造，增強了設(shè)計的自由度和制造的靈活性，可以實現(xiàn)復雜形貌和定制化生產(chǎn)，從而縮短產(chǎn)品上市時間。

   問題在于：目前僅有少數(shù)金屬合金可以真正實現(xiàn)3D打印，而超過5000多種合金由于打印過程中的熔融和固化動力學問題，容易形成具有柱狀晶和周期性裂縫的微結(jié)構(gòu)，不適合3D打印。因此，金屬3D打印往往只能用于制備一些樣品，不能實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

    有鑒于此，TresaM. Pollock等人受傳統(tǒng)熔鑄工啟發(fā)，報道了一種基于納米成核劑實現(xiàn)3D打印鋁合金的普適性金屬3D打印技術(shù)。

圖1. 3D打印鋁合金工藝

熔鑄工藝中，人們通常會加入一種稱作“孕育劑”（inoculants）的物質(zhì)，和液體金屬混合，來孕育晶種，從而可在溫度梯度較大和固化速度較快的條件下生長晶體。

類似地，研究人員在打印材料中引入納米顆粒成核劑進行表面修飾，抑制3D打印中的熱撕裂行為，控制金屬固化方式，得到等軸結(jié)晶（相同的長寬高），可以在急劇的熱梯度條件下實現(xiàn)等軸晶體的生長。

圖2. 納米顆粒在合金粉末上的組裝

圖3. 加入納米成核劑（右）與不加納米成核劑（左）的產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)對比

研究發(fā)現(xiàn)，以往不適合3D打印的7075和6061系列高強度鋁合金可以通過選擇性激光熔融技術(shù)實現(xiàn)3D打印。3D打印產(chǎn)品具有無裂縫的、等軸的、精細結(jié)晶微結(jié)構(gòu)，使得3D打印的鋁合金和鍛造鋁合金強度接近。

這種方法適合一系列合金材料和3D打印設(shè)備，具有良好的普適性。為不可焊接的超級鎳合金或鎳基間金屬提供了3D打印的可能，同時，該技術(shù)對熔鑄、熱壓鑄等容易產(chǎn)生熱撕裂和硬化裂縫問題的傳統(tǒng)工藝也具有借鑒性。

圖4. 固化行為

圖5. 力學測試

1.John H. Martin, Brennan D. Yahata, Tresa M. Pollock et al. 3D printing ofhigh-strength aluminium alloys. Nature 2017, 549, 365–369.

DOI：10.1038/nature23894

2.Iain Todd. Metallurgy: No more tears for metal 3D printing. Nature 2017, 549,342–343.

(責任編輯：admin)

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