搜索热:无损检测 董洪标
扫一扫 加微信
首页 > 新闻资讯 > 科技前沿 > 消息正文
首页 > 新闻资讯 > 科技前沿 > 消息正文
金属3D打印重大突破!只需加纳米颗粒就能打印高强度铝合金
发布:kittyll   时间:2017/9/25 10:17:32   阅读:916 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter

增材制造(additive manufacturing)是指基于离散-堆积原理,由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式,增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓。

目前,应用于3D打印的金属粉末材料主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢、铁粉、铝粉和铝合金等少数几种,此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属材料。其中,铝合金应用在3D打印中优势在于其熔点低、密度低、可强化,并且可塑性好,易加工。但是,这种材料的缺陷在于,其化学活性高,导致加工安全性低;强度低,机械性能不佳。

最近,美国HRL实验室(The Harvard Robotics Laboratory)取得了突破进展,研究人员们开发了一种3D打印高强度铝合金(包括典型的AI7075和AI6061)的技术。
 

图:凭借该项新技术,美国 HRL 实验室站在了金属增材制造(用于研究、工业和防护等)的前列。(来源:HRL 实验室的 M. Durant )

Hunter Martin 和 Brennan Yahata 是该研究团队的共同领导人,他们都是 HRL 实验室的工程师、加州大学的博士。Hunter Martin 表示,“我们利用 21 世纪的机器,基于 70 年前的成核理论,解决了 100 年来未能解决的问题。”相关论文9 月 21 日发表在《自然》期刊上。

增材制造金属通常是利用合金粉末作为原料,经过激光或者其他直接加热光源加热,使其熔化然后凝固成薄层,逐层打印。一般而言,如果是高强度不可焊接的铝合金,比如 Al7075 或者 AL6061,“打印”得到的产品会出现严重的热裂纹,这些裂纹可能使金属像薄饼干一样可能被扯断。

HRL 实验室利用纳米颗粒功能化方法解决了这个问题,即利用特定的纳米颗粒修饰高强度不可焊接的合金粉末。经修饰的粉末装入3D打印机,它可以将粉末分层,然后通过激光熔化每一层,最终制造出三维物体。在熔化和固化的过程中,纳米颗粒的角色就是合金微观结构的成核位置,从而预防热裂纹的出现并完整地保留合金强度。
 

图:修饰的粉末装入 3D 打印机,它可以将粉末分层,然后通过激光熔化每一层,最终制造出三维物体。(来源:HRL 实验室的 B. Ferguson)

增材制造过程中的熔化和固化类似于焊接,所以 HRL 实验室的纳米颗粒功能化可用于将不可焊接的合金变成可焊接的。另外,该项技术可规模化生产,并且采用低成本材料,即传统的合金粉末和纳米颗粒。其中,纳米颗粒均匀分布在粉末颗粒的表面。

Martin 解释,“我们的第一目标是彻底清除热裂纹,主要是调控了微观结构。”

为了找到合适的纳米颗粒(锆基纳米颗粒),HRL 实验室的研究团队找到 Citrine Informatics 公司(该公司构建了体量庞大的材料数据库),帮助他们在众多可能的体系中寻找所需要的纳米材料。

Yahata 解释,“在我们的研究中,很关键的一点就是利用 informatics 软件。冶金学通常就是根据元素周期表,找可能的合金元素,并不断试错。而利用 informatics 软件,基于成核理论,则可以选择性地寻找具有所需性能的材料。一旦我们告知 Citrine Informatics 需要找什么,经过他们庞大的数据分析,就可以将可能的材料范围从成百上千种缩减到具体的几种,过程犹如大海捞针,难度可想而知。”

该技术开启了工程用高强度合金增材制造的大门,并且制备出的合金非常适用于航空器和汽车零部件。

此外,该技术也适用于其他的合金体系,比如高强度钢和镍基超合金(目前用增材制造技术很难处理)。凭借这个令人兴奋的新技术,美国 HRL 实验室也站在了金属增材制造(用于研究、工业和防护等)的前列。

参考:https://phys.org/news/2017-09-d-high-strength-aluminum-ages-old-welding.html


来源:DeepTech深科技
 
相关信息
   标题 相关频次
 【创新连线·日本】不对称光折射颠覆光学常识;高强度铝合金氢脆现象或可抑制
 2
 3D打印陶瓷材料的成型及研究进展
 2
 3D打印走进太空,揭开了人类“太空制造”“自给自足”的序幕
 2
 3D金属打印批量化生产技术即将在美国实现突破
 2
 BCAST与肯联铝业研发高强度铝合金 助力汽车轻量化
 2
 ExAM255的3D打印机:可以处理金属和塑料
 2
 Nature子刊:室温下非晶金属纳米颗粒的类液体行为
 2
 Rosatom开发俄罗斯第一个工业金属3D打印机用于核工业
 2
 Sintavia全面揭晓汽车3D打印铝合金的专有工艺
 2
 SNDVARY研发出超高流动性3D打印铝合金粉末
 2
 SPEE3D金属3D打印采用超音速沉积技术
 2
 TNO开发出可同时清理/抛光上百件金属3D打印件的设备
 2
 超高速激光熔覆技术 为中国绿色制造再添新动能
 2
 德国铁路公司使用3D打印技术维护列车
 2
 高强度耐腐蚀铝合金的研究进展
 2
 高强度轻量级新型3D打印铝合金 空客飞机联手丰田汽车
 2
 华科张海鸥团队首创"铸锻铣一体"金属3D打印技术
 2
 华曙高科全球首发FS121M金属3D打印机
 2
 华中科技大学张海鸥教授破解3D打印世界性难题
 2
 金属3D打印变革传统制造方式
 2
 金属在3D打印材料中比重上升 聚合物树脂仍占主导地位
 2
 具有自愈功能的金属纳米颗粒超构分子
 2
 科学家利用X射线研究金属3D打印产生缺陷的原因
 2
 科学家研发出更经济更快捷的金属3D打印工艺
 2
 里程碑!美国宇航局成功测试首个3D打印双金属火箭零部件
 2
 铝合金3D打印新突破
 2
 难熔金属也能做成3D打印材料 重庆材料研究院填补国内空白
 2
 上海材料研究所金属3D打印机采购招标项目国际招标公告
 2
 神奇的液体油墨带来金属3D打印新方法
 2
 史上性能最高的纸质超级电容器,用金属纳米粒子提升能量密度
 2
 使用直接写入,研究员实现按需3D纳米打印纯金属结构
 2
 世界最大金属零件高精度激光3D打印装备通过鉴定
 2
 视微观世界 3D打印技术走上纳米之路
 2
 通过3D打印制作的新型反射纤维
 2
 西南交大Top期刊:梯度纳米晶材料的本构建模及微结构调控
 2
 研究发现可重复使用的3D金属打印基板
 2
 研究人员使用FFF 3D打印制作出更硬的金属3D打印件
 2
 研究人员提出超声波金属探伤新方法 将3D打印部件冻结在冰块里
 2
 研究人员找到预测金属3D打印缺陷形成的方法
 2
 这些国内企业正发力医学3D打印金属材料领域
 2
  拥有一个大白的梦想还有多遥远?
 1
  3D打印在人体器官应用中的重大突破
 1
  MoS2纳米“三明治”提升充电电池性能
 1
  长沙高新区:3D打印高强铝合金粉末性能达国际先进水平
 1
  俄罗斯国家科技大学研发新型铝基复合材料
 1
  国家纳米中心二维材料力学性能研究取得新进展
 1
  美国利用旋转3D打印制造高强度材料
 1
  纳米碳化钛助力特种铝合金焊接
 1
  陶瓷新应用——美国陆军研究3D打印陶瓷防弹衣
 1
 "它"号称能秒杀OLED?
 1