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研究发现超声波可以提高3d打印金属的强度

2020 年 01 月 14 日

得益于澳大利亚的最新研究,3D打印金属零件的质量很快就会得到提高。当地的科学家已经确定,超声波的应用通过改变它们的微观结构来提高3D打印金属的强度。

在博士学位候选人卡梅洛·托达罗的带领下,皇家墨尔本理工大学的一个团队尝试了一种称为“定向能量沉积”(DED)的现有3D打印技术。这种技术涉及到使用激光熔化金属粉末,使其沉积在表面上,一次沉积一层。熔融金属随后固化,形成最终产品。

RMIT的研究人员从两种不同的常用合金中打印出了样品物体:Ti-6Al-4V,这是一种经常用于飞机零件和生物机械植入物的钛合金;Inconel 625,一种镍基高温合金,常用于海洋和石油工业。

在这两种情况下,沉积表面实际上都是超声波发生器,能产生超声振动。这些振动施加作为将金属凝固,基本上摇动该由它的晶粒的微观晶体,以使它们形成为紧密配置。结果,与没有超声打印的相同样品相比,发现这些对象的抗张强度和屈服应力提高了12%。

 

图片来源:皇家墨尔本理工大学

托达罗说:“3D打印合金的微观结构通常是由细长的大晶体组成。 由于它们的较低的机械性能和增加的在印刷过程中开裂的趋势,这可能使它们在工程应用中不被接受。但是我们在印刷过程中对超声波施加的合金的微观结构看起来明显不同:合金晶体非常细小并且完全等轴,表示它们在整个印刷金属零件的各个方向上均等地形成。”

另一方面,通过在打印过程中打开和关闭超声焊极,也可以创建在不同区域具有不同微观结构的单个项目。这是一种称为“功能分级”的质量,在考虑重量轻或减少材料使用等因素的对象中很有用。

人们认为,一旦超声增强3D打印技术得到进一步发展,它可能会另外用于增强其他金属的强度-这些金属可能包括不锈钢以及铝和钴合金。

有关该研究的论文最近发表在《自然通讯》杂志上。

 

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