晶界工程：AlphaSTAR和DLA向商業(yè)化邁出了一大步，在需要的地方按需改進部件

南極熊導讀：晶界工程可以改善3D打印部件的機械應變、裂紋擴展和疲勞性能。它將為國防部增材制造組件供應鏈的設計帶來重大進步，這些組件具有靈活和可擴展性。

△金屬3D打印零件示例

2023年2月6日，南極熊獲悉，3D打印技術公司AlphaSTAR與國防后勤局(DLA)為共同推進晶界工程(GBE)應用而繼續(xù)合作，并取得了新的進展。事實上，為了推進晶界工程的發(fā)展，這并不是雙方的首次合作。

△兩把刀的分析和新合金成分的驗證

在30多年的時間里，AlphaSTAR與國防部和支持機構，在關鍵任務應用程序方面進行了多次合作。然而，他們最近的合作同樣涉及推進GBE發(fā)展，最終于去年12月在坦帕舉行的DMC會議上展示了戰(zhàn)斗武器的生產，具體來說是大馬士革鋼刀，這是一個重大的突破。

特別是向人們展示的是定制刀具的按需打印技術，同時定制用于制造它們的不銹鋼的微觀結構，以針對不同的應用優(yōu)化刀具。

作為國防部供應鏈的核心角色，DLA的戰(zhàn)略目標一直是建立一個靈活的供應鏈，以加快初始建造、維修和更換零件的速度，從而使軍隊和國防機構盡可能裝備精良。因此，利用和促進3D打印等新技術的發(fā)展，它的核心使命是“為戰(zhàn)士任務提供精良和具有殺傷力的裝備”。

現(xiàn)在，隨著3D打印轉向大規(guī)模生產，新的突破正在為DLA利用3D打印技術的更多優(yōu)勢鋪平道路，并為GBE等新興技術接觸商業(yè)客戶開辟新的市場。這正是DLA支持晶界工程發(fā)展的原因，因為它充分釋放了增材制造材料的潛力，并呼吁3D打印行業(yè)進一步推進該技術的進步。所以，由包括通用電氣研究中心(GERC)、密歇根大學(UoM)和Quadrus公司領導的AlphaSTAR Technology Solutions (ATS)技術解決方案聯(lián)盟接受了這一挑戰(zhàn)，并取得了多項令人矚目的突破。

△AlphaSTAR通過多種算法減少費用和加快開發(fā)速度

從工程的角度來看，該團隊的創(chuàng)新包括經過驗證的金屬3D打印算法、模塊和集成計算工具，可以根據合金成分、沉淀物的存在、納米/微材料夾雜物的使用以及工藝參數(shù)的改變，以利用3D打印平臺內的熱循環(huán)。這些性能提高了材料的性能，包括提高抗應力、抗腐蝕和抗開裂性，以及在晶粒尺寸和邊界角度方面的理想結構，以及優(yōu)化并最終定制構建結果的能力。

研究小組采用了(1)ICME熱物理;(2)工藝流程圖;(3)熔池工程;(4)晶界工程。這是新穎的，因為AlphaSTAR利用其GENOA 3DP軟件環(huán)境，來識別改善材料性能所需的成分(成分)和配方(改進的構建計劃-可轉移到G代碼)以確保它發(fā)生。仿真能力通過刀具的制造得到驗證，這些刀具最終將承受服務負載以評估強度和柔韌性。打印刀具結合了改進的微觀結構（GENOA 3DP：TMg + 晶界工程）和改進的性能（GENOA：虛擬成品性能滿足規(guī)范)。

△GENOA 3DP是一款建模軟件，它可以對聚合物和金屬應用中的各種增材制造工藝和材料進行建模

從實際的角度來看，由AlphaSTAR領導的團隊使用晶界工程制造大馬士革鋼刀向DLA證明，可以在需要的地方按需制造強度和柔韌性方面的改進部件，而不是在遙遠的工廠里長時間儲存，等待需要和理由。同樣重要的是，擴展這門科學以提高汽車、航空航天、工業(yè)、消費品、電子和醫(yī)療設備等其它行業(yè)制造產品的有效性和質量。

AlphaSTAR與DLA的項目強調了它們在3D打印過程中進行模擬、構建優(yōu)化和結合晶界工程的零件鑒定，如何使初始產品更容易開發(fā)和獲得。它通過仿真軟件擴展知識并增加對物理現(xiàn)象的理解，從而減少基于反復試驗的風險和生產周期�？偠�言之，所有這一切同時為國防部供應鏈帶來直接利益，并幫助軍隊變得更強大。