新的SLM 3D打印技术可以生产强韧的不锈钢部件



 

在材料开发中,强度和延展性可被视为绳索的两端。随着一个特性的水平提高,其他特性的质量就会下降。因此,挑战这种平衡符合冶金,并想方设法制造强大而又易于操作的金属就成为各专家的研究重点。

英国伯明翰大学最近的一项研究发现,3D打印可以在流行的钢铁合金中灌输超级机械性能。着眼于选择性激光熔化(SLM),研究人员与斯德哥尔摩大学和中国浙江大学携手开发了一种新的金属3D打印工艺,克服了增材制造强度 - 延展性瓶颈,兼具高强度和延展性。该工艺可用于制造航空航天和汽车行业的重型零件。

刘雷峰博士等人的研究对熔融和固体3D打印不锈钢中的分子进行了系统的电子显微镜分析。

一层一层地沉积金属所需的快速冷却速率(1000-100000000℃/秒)意味着实心三维打印钢的晶体结构是不规则的,“错位”,而不是均匀的,就像当常规处理。超快冷却过程在合金中形成所谓的非平衡状态 - 分子不均匀的固态。

该技术的快速冷却速度,除了增材制造之外的金属生产工艺所不能达到的,使得金属处于非平衡状态。这可以产生微观结构,如亚微米尺寸的位错网络,从而产生理想的机械性能,如强度和延展性。

示意图说明了不规则的“错位”合金原子的分子结构。

这项研究的发现是位错分子在整个凝固过程中保留了一个预先存在的网络结构,其作用是调节材料的不规则性。这种错位网络意味着需要复杂金属形状的工程师具有更大的灵活性,这些金属形状不一定是刚性或脆性的。通过调整这种结构,冶金学家可以有效地“编程”钢铁分子来制造高强度,易延展的产品,适用于高价值,高性能的应用。

在单独的工作中,这种3D打印钢材被用于各种不同的行业,包括汽车和航空航天。它提供的几何灵活性意味着工程师们可以添加高性能的保形冷却通道,就像上面的火箭发动机的图片一样。

一种新的合金设计工具

刘博士是伯明翰高级材料表征和模拟中心(AMCASH)的研究员。刘博士在一份关于这项研究的声明中解释说:“它也是有助于金属3D打印进入需要高机械性能的领域,如航空和汽车的结构部件“

赵玉龙博士和吴晶博士都是大学冶金与材料学院的一员,他们负责在电子显微镜内部建立微纳材料测试系统,使研究人员能够分析3D打印金属样品在机械测试过程中的性能。

据报道,这种测试系统有助于研究人员了解这些物理机制,并确定打印金属的有效微观结构特征。

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