新研究确定了三维印刷金属如何既坚固又具有韧性

与较常规工艺的同类产品相比，一种新的三维印刷金属技术，涉及广泛使用的不锈钢，已经证明可以实现强度和延展性的异常水平。

发表在“ 今日材料”杂志上的研究结果概述了英国伯明翰大学，瑞典斯德哥尔摩大学和中国浙江大学的联合研究团队如何在3D 打印过程中优化工艺参数以实现结果。

这项研究与围绕通过3D打印制造强韧金属的能力有关，因此这一发现对于推动技术向重型零件制造迈进至关重要。

3D打印长期以来被认为是一种可能改变我们制造方式的技术，使我们能够快速建立具有复杂和定制几何形状的物体。

随着近年来技术的飞速发展，3D打印，特别是金属 3D打印，正在迅速向广泛的工业应用方向发展。

实际上，制造巨头通用电气(GE)已经在使用金属3D打印来生产一些关键部件，例如最新LEAP飞机发动机中的燃料喷嘴。该技术帮助GE将900个独立组件减少到16个，使燃料喷嘴减轻40%，降低60%。

到2025年，该行业的全球收入预计将超过200亿美元。尽管前景光明，但金属3D打印产品的质量一直容易受到怀疑。在大多数金属3D打印工艺中，产品直接由金属粉末构成，这使得它易于产生缺陷，从而导致机械性能的劣化。

刘雷峰博士是该项目的主要参与者，最近从斯德哥尔摩大学转到伯明翰大学，担任AMCASH研究员。他说，“强度和延展性是彼此的天敌，大多数方法都是为了强化金属而开发的，因此降低了延展性。”

“3D打印技术已知能够生产出以前难以接近的形状的物体，我们的工作表明，它还可以生产下一代结构合金，并且在强度和延展性方面都有显着提高。”

由于超快的冷却速度(估计为每秒1000oC至每秒1亿oC)，这已经成为可能 - 这是在3D打印出现之前在大块金属生产过程中无法实现的。

如此快速冷却的金属导致所谓的非平衡状态，允许一些令人惊奇的微观结构，如亚微尺寸的位错网络 - 本文揭示了这是改善机械性能的主要原因。

刘博士继续说道，“这项工作为研究人员提供了一种全新的工具来设计具有超高机械性能的新合金系统。它还有助于金属3D打印进入需要高机械性能的领域，如航空航天和汽车工业的结构件“。

来自伯明翰大学冶金与材料学院的Yu-Lung Chiu博士，Ji Zou博士和Jing Wu博士组成了伯明翰团队。负责电子显微镜中心的Chiu博士在电子显微镜内部建立了微纳米材料测试系统，可以在机械测试期间原位分析样品的性能和机理。它极大地有助于识别有效的微观结构特征以改善性能，更重要的是，理解机制。