高強(qiáng)度鋁合金的3D打印

來(lái)源：HRL實(shí)驗(yàn)室

以金屬為基礎(chǔ)的增材制造或者3D打印,，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)和汽車工業(yè)等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用,。逐層建立金屬組件可以提高設(shè)計(jì)的自由性和制造的靈活性,，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，增加產(chǎn)品定制,，以及縮短上市時(shí)間,，同時(shí)，還能消除傳統(tǒng)規(guī)模經(jīng)濟(jì)的制約,。然而,，目前只有少數(shù)合金可以用來(lái)打印，如AlSi10Mg,、TiAl6V4,、CoCr和Inconel 718等。現(xiàn)在使用的超過(guò)5500種合金中,，絕大多數(shù)不能實(shí)現(xiàn)3D打印,，因?yàn)榇蛴∵^(guò)程中的熔化和固化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大柱晶粒和周期性裂紋等的微觀結(jié)構(gòu),。

近日，HRL實(shí)驗(yàn)室的研究人員宣布,，他們成功開(kāi)發(fā)了一種可以用于3D打印的高強(qiáng)度鋁合金（包括Al7075和Al6061）,。這種鋁合金從成千上萬(wàn)種不適合3D打印的合金中脫穎而出，并將有望成為飛機(jī)和汽車零件的理想原料,。相關(guān)研究論文發(fā)表于9月21日發(fā)表在Nature上,。

通過(guò)激光熱熔進(jìn)行的合金增材制造

來(lái)源：Nature

金屬的增材制造通常先在薄層中加入合金粉末，然后通過(guò)激光或者其他熱源加熱至熔化,，最后固化薄層,。以往，如果使用Al7075或AL6061這類強(qiáng)度高,、難焊接的鋁合金,，部件會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)崃鸭y，使得金屬部件呈現(xiàn)片狀餅干一樣的拉開(kāi)狀態(tài),。

研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者Hunter Martin表示：“我們的第一個(gè)目標(biāo)是弄清楚如何消除熱裂紋,。通過(guò)控制微觀結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)該是出在材料的固化方式上,?！?/p>

HRL的解決辦法是，在高強(qiáng)度難焊接的鋁合金粉末中引入特殊的鋯基納米顆粒,，得到納米顆粒官能化的合金粉末,。團(tuán)隊(duì)將合金粉末進(jìn)料到3D打印機(jī)中，再將粉末分層,，通過(guò)激光熔化每一層,，最終構(gòu)建三維物體。在熔化和固化期間,，納米顆粒充當(dāng)合金微觀結(jié)構(gòu)的成核位點(diǎn),，防止熱裂紋出現(xiàn)，并保持合金強(qiáng)度不變,。由于增材制造中的熔化和固化過(guò)程類似于焊接,，這種納米顆粒官能化技術(shù)也可用于焊接合金。此外,，這種技術(shù)還具有可拓展、成本低等優(yōu)勢(shì),。

納米顆粒官能化的鋁合金粉末