研究

研究人员使用3D打印技术来开发新的强韧性轻钛合金

一组由香港城市大学他使用增材制造技术雷电竞充值设计了一种新的钛基合金:一种“超强、高延展性、超轻”的合金。

当我们想到3D打印时,我们往往会想到它产生复杂几何图形的能力,但香港的团队将这一技术转变为材料开发应用。

该研究的第一作者张天龙博士坚持认为,我们应该开始将添加剂作为一种多功能工具来考虑:“我们公布了它在设计材料方面的重要潜力,而不仅仅是设计几何形状。”

科学家们相信,他们的工作可以为一种新的材料发展模式铺平道路,即3D打印技术被用于创造具有结构和性能适合工业应用的合金。

这种新型钛合金具有足够的强度和韧性,可用于结构应用。图片由香港城市大学提供。
这种新型钛合金具有足够的强度和韧性,可用于结构应用。图片由香港城市大学提供。

3D打印材料开发

金属合金零件缺乏均匀性通常是不可取的,因为它会导致脆性等性能。这仍然是我们在增材制造中试图克服的问题之一,因为像粉末床熔化这样的高温过程往往会导致零件快速冷却,这本身就会导致金属3D雷电竞充值打印组件的不均匀性。

然而,根据张博士之前的建模和仿真研究,一定程度的不均匀性实际上可能有利于合金零件的性能,因为它可以产生独特和异质的微观组织。因此,目前的研究实际上利用了大多数人认为的3D打印的一个缺点——当生活给你柠檬,对吗?

“增材制造的独特特性为我们设计微结构提供了更大的雷电竞充值自由,”张说。“具体来说,我们已经开发了一种部分均质方法,利用3D打印技术生产微米级浓度梯度的合金,这是任何传统材料制造方法都无法实现的。”

香港团队的方法包括使用粉末床聚变3D打印机的聚焦激光束将两种不同的合金熔化在一起。在这种情况下,将Ti64熔化并与316L不锈钢混合。通过仔细控制某些打印参数,如激光功率和扫描速度,科学家们发现他们可以以可控的方式创造一种不均匀的成分——一种新的合金。

“除了使用增材制造,两种粉末混合物的组成是在新合金中创雷电竞充值造具有高亚稳性的前所未有的熔岩状微观结构的另一个关键,”该研究的主要作者刘chaintsuan教授说。“这些独特的微观结构带来了卓越的力学性能,使合金具有非常强的韧性和轻量化。”

由香港城市大学研究小组开发的3D打印钛合金的熔岩状晶粒取向图。图片由香港城市大学提供。
由香港城市大学研究小组开发的3D打印钛合金的熔岩状晶粒取向图。图片由香港城市大学提供。

韧性强,重量轻40%

不锈钢的密度约为7.9g/cm³,而新开发的合金的密度仅为4.5g/cm³,这意味着该团队实现了40%的减重。然而,这并不是说合金失去了强度,因为实验确定它具有1.3 GPa的高抗拉强度和约9%的均匀延伸率。该合金的加工硬化能力超过300 MPa,确保了断裂前的安全裕度。

根据Liu的说法,这种令人印象深刻的性能将使其有资格在航空航天、汽车和能源等领域广泛的结构应用。至于未来的工作,团队打算将该方法应用于不同的合金系统,以探索新的独特合金组合的开发。

该研究的进一步细节可以在题为“通过增材制造实现浓度调节的先进钛合金的现场设计”雷电竞充值

3D打印钛合金的微观结构。图片由香港城市大学提供。
3D打印钛合金的微观结构。图片由香港城市大学提供。

对于工业零部件来说,使用的材料往往与制造方法同样重要,这就需要在材料开发领域进行广泛的研究。工程师在麻省理工学院(麻省理工学院)最近开发了一种机器学习算法,能够加快识别3D打印材料的过程.该团队的优化算法通过自动识别具有理想性能的可行打印材料来工作。

同样,研究人员利哈伊大学最近,宾夕法尼亚州的一个研究小组开发了一种基于机器学习的新方法,可以根据材料的结构相似性对材料进行分类。这项技术被用来发现新开发的材料之间以前看不见的联系,甚至是结构和性能等相关因素之间的联系计算材料开发的新方法

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特色图片显示了3D打印的新钛合金零件。图片由香港城市大学提供。