据剑桥大学称，研究人员开发了一种3D打印金属的新方法，可以帮助降低成本并更有效地利用资源。该方法由剑桥大学领导的研究团队开发，允许在3D打印过程中将结构修饰“编程”到金属合金中 - 微调其性能，而无需使用数千年的“加热和敲打”过程。
新的3D打印方法结合了两个世界的最佳品质：3D打印使复杂的形状成为可能，以及传统方法允许的金属结构和性能的工程设计能力。研究结果发布在《自然通讯》杂志上。
“3D打印前景广阔，但它仍然没有在工业中得到广泛应用，主要是因为生产成本高，”领导这项研究的剑桥大学工程系的Matteo Seita博士说。“这些成本的主要驱动因素之一是材料在生产后需要的调整量。”
自青铜时代以来，金属零件都是通过加热和打浆的过程制成的。这种方法，用锤子将材料硬化并通过火软化，使制造商能够将金属塑造成所需的形状，同时赋予柔韧性或强度等物理特性。
“加热和打浆之所以如此有效，是因为它改变了材料的内部结构，从而可以控制其性能，”Seita说。“这就是为什么它在几千年后仍在使用。
当前3D打印技术的主要缺点之一是无法以相同的方式控制内部结构，这就是为什么需要进行如此多的后期制作更改的原因。“我们正试图想出一些方法来恢复一些结构工程能力，而无需加热和敲打，这反过来将有助于降低成本，”Seita说。“如果你能控制你想要的金属特性，你就可以利用3D打印的绿色方面。
Seita与新加坡、瑞士、芬兰和澳大利亚的同事合作，开发了一种新的3D打印金属“配方”，可以在材料被激光熔化时对材料的内部结构进行高度控制。
通过控制材料熔化后凝固的方式以及过程中产生的热量，研究人员可以对最终材料的特性进行编程。通常，金属被设计为坚固而坚韧，因此它们可以安全地用于结构应用。3D打印金属本身就很坚固，但通常也很脆。
研究人员开发的策略通过在相对较低的温度下将3D打印金属部件放置在熔炉中时触发微观结构的受控重新配置，从而完全控制强度和韧性。他们的方法使用传统的基于激光的3D打印技术，但对工艺进行了一些小的调整。
“我们发现激光可以用作'微观锤'，在3D打印过程中硬化金属，”Seita说。“然而，用相同的激光第二次熔化金属会放松金属的结构，从而在将零件放入熔炉时进行结构重新配置。”
他们的3D打印钢是经过理论设计和实验验证的，由坚固和坚韧的材料交替区域制成，使其性能可与通过加热和打浆制成的钢相媲美。
“我们认为这种方法可以帮助降低金属3D打印的成本，从而提高金属制造业的可持续性，”Seita说。“在不久的将来，我们还希望能够绕过炉内的低温处理，进一步减少在工程应用中使用3D打印零件之前所需的步骤。
该团队包括来自南洋理工大学、科学技术研究局、Paul Scherrer研究所、芬兰VTT技术研究中心和澳大利亚核科学技术组织的研究人员。Matteo Seita是剑桥大学圣约翰学院的研究员。
