數字材料3D打印新方法，南洋理工大學和劍橋大學新突破！
數字材料可以只包含一種材料，可以包含多種材料。一種材料由于在幾何體中的密度分布可能會有所不同，因此零部件在不同的位置可以具有不同的機械性能。3D打印-增材制造可以在不同材料分布的幫助下根據負載和其他要求調整局部密度。此外，借助定制的數字材料，可以優化組件的重量、成本和生產時間。增材制造 (AM) 作為一項突破性的生產技術，由于其幾何自由度和免模具生產，成為可以高效生產數字材料的工藝。
來自新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）和英國劍橋大學的科學家團隊開發了一種新方法，用于創建包含不同屬性的定制增材制造金屬零件。 《自然通訊》發表的一篇論文概述了這一新過程。
南洋理工大學的科研人員
不同區域、不同特性
新加坡南洋理工大學和劍橋大學的研究人員將材料科學與機械工程原理相結合，應用了增材制造技術，通常研究聚焦于消除和防止增材制造金屬中的缺陷。 通過改變金屬的微觀結構，他們能夠改變材料的特性。
創造不同材料特性的能力意味著，在必要時，金屬的某些區域可以比其他區域更堅固。 此外，理論上，新工藝還應該使制造商能夠將額外的功能融入到零件中。 這些可能包括同一金屬內不同水平的導電性或耐腐蝕性。該研究由新加坡南洋理工大學杰出教授高華建教授和劍橋大學助理教授 Matteo Seita 共同領導。
新加坡南洋理工大學和劍橋大學實驗中使用的L-PBF增材制造設備
研究團隊包括來自不同組織的科學家。 其中包括科學技術研究局 (ASTAR) 的新加坡制造技術研究所和高性能計算研究所、瑞士保羅謝勒研究所、芬蘭 VTT 技術研究中心以及澳大利亞核科學技術組織。
根據德國Fraunhofer研究所，未來制造業競爭的關鍵是材料，以數字形式提供材料的行為，將產品開發與材料開發關聯，通過工業 4.0將材料信息鏈接到整個加工應用鏈條中，大幅降低材料的全壽命應用成本。
在傳統金屬加工中，如鍛造，“敲打”會改變金屬的外部形狀，但它也可以改變金屬的內部微觀結構以增強其強度。 然而，敲打過程也可能無意中損壞增材制造金屬的某些特征，例如其復雜的形狀和內部結構，而這些特征用傳統方法難以制造。
由于增材制造能夠精確構造每一層金屬，因此可以在區域對金屬的特性進行微調。 這種控制水平是傳統制造工藝無法達到的。 科學家們設法使用增材制造技術并調整構建參數。 這使得他們能夠生產出具有不同微觀結構的金屬，在金屬內所需的位置創建更強和更弱的區域。
選擇想要的內部微觀結構
根據3D科學谷的市場觀察，材料是推動增材制造突破界限約束的驅動力！人工智能、數字材料、人工雙胞胎，這些因素正在推動推動增材制造突破界限約束。
新加坡南洋理工大學發現通過使金屬在增材制造工藝的加熱和冷卻階段快速膨脹和收縮，可以重新配置金屬的微觀結構。這可以通過修改增材制造機器的能源（例如激光束）來熔化金屬粉末層以進行金屬零件的增材制造來實現。
新加坡南洋理工大學的方法允許制造商選擇想要的內部微觀結構的類型，從而選擇特定的屬性，并準確確定其在金屬內的位置。 這是對不提供此類控制方法的傳統工藝的改進。
這種方法為設計具有微觀結構的高性能金屬零件開辟了道路，這些零件可以通過微調來調整零件的機械和功能特性，在特定的零件區域，通過 3D 打印以復雜的方式塑造材料的功能特性。
研究人員證明，修改激光也會改變微觀結構，有兩種類型的結構：一種增強金屬的強度，另一種則削弱金屬的機械強度。 此外，研究人員還重新熔化增材制造的金屬層，以促進微觀結構的變化。
研究人員的策略可以針對金屬中的特定位點，這使得制造商能夠設計和創建復雜的微觀結構，從而將金屬的性能定制到前所未有的程度。 例如，同一種金屬在同一部件中可能具有截然不同的特性。
理論上，增材制造金屬零件的強度應介于僅具有強區域的材料和僅具有弱區域的材料之間。 然而，研究小組發現，同時具有強區和弱區的增材制造金屬比僅由強區組成的金屬稍強。
制造的金屬中強區和弱區之間的這種協同相互作用表明，新技術可以制造出比經典混合規則理論描述的包含不同材料的復合材料更強韌的材料。
研究人員認為，他們的方法可以生產具有不同功能特性的增材制造金屬。 例如，可以設計金屬部件，使得浸沒在海水中的部分表現出增強的耐腐蝕性，而高于水面的部分表現出降低的耐腐蝕性。
未來的工作可能涉及測試該方法是否可以生產具有不同微觀結構設計的增材制造金屬。 這可能會使得金屬的機械和功能特性得到改善。
(責任編輯：admin)
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