重大團(tuán)隊(duì)又發(fā)《Science》！針對(duì)3D打印提出“一箭雙雕”方法

來源：重慶大學(xué)

在推動(dòng)3D打印領(lǐng)域發(fā)展的道路上，重慶大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)又有了新成果。日前，材料科學(xué)與工程學(xué)院與澳大利亞昆士蘭大學(xué)、丹麥技術(shù)大學(xué)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)在《Science》發(fā)表了題為“通過雙功能合金設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)超均勻、高強(qiáng)塑性的3D打印鈦合金”文章，提出一種“一箭雙雕”的合金設(shè)計(jì)策略，為探索多種金屬粉末原料、可變的打印合金體系、不同的3D打印技術(shù)以及先進(jìn)的多材料打印開辟了一條途徑。

此前，重慶大學(xué)在材料科學(xué)領(lǐng)域已有6篇論文發(fā)表在《Science》和《Nature》上。

△論文發(fā)表頁面

近年來，3D打印作為一種新技術(shù)，頻頻出現(xiàn)在人們的視野中。金屬3D打印過程中通常涉及多重物理和冶金現(xiàn)象，從而賦予打印構(gòu)件復(fù)雜的微觀組織結(jié)構(gòu)和多樣的力學(xué)性能。“在3D打印過程中，金屬經(jīng)常會(huì)形成粗大的柱狀晶粒和不均勻分布的相，這樣的組織結(jié)構(gòu)不僅導(dǎo)致打印構(gòu)件的力學(xué)性能不均勻，同時(shí)也會(huì)降低構(gòu)件的力學(xué)性能。”談及該研究的初衷，重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黃曉旭教授表示，這一合作研究的最初設(shè)想是尋求一種“一箭雙雕”的合金設(shè)計(jì)策略，從而直接通過3D打印獲得性能優(yōu)越和均勻的鈦合金。

黃曉旭介紹，鈦合金是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的金屬3D打印材料之一。在室溫下的工程應(yīng)用中，合適的鈦合金通常表現(xiàn)出10%-25%的拉伸伸長(zhǎng)率，這反映了良好的材料可靠性。但在金屬材料加工的傳統(tǒng)和增材制造技術(shù)中，一直需要考慮強(qiáng)度和延展性之間的平衡。

△Mo納米顆粒的添加顯著提高了3D打印Ti-5553合金的力學(xué)性能及其均勻性

在“一箭雙雕”的合金設(shè)計(jì)策略中，研究人員通過有效調(diào)控微觀組織，成功打印了具有高強(qiáng)度、高塑性而且性能均勻的鈦合金，其屈服強(qiáng)度達(dá)926MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為26%，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的優(yōu)良匹配。

據(jù)悉，《Science》同期評(píng)論文章指出，該方法有望應(yīng)用于其他粉末混合物的3D打印，并能夠定制具有增強(qiáng)性能的不同合金。業(yè)內(nèi)人士表示，該策略還克服了打印狀態(tài)下的強(qiáng)度與延展性的平衡矛盾，最大限度減少了打印后處理的需要，這些優(yōu)勢(shì)將在3D打印領(lǐng)域引起新研究熱潮。


https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj0141