用于輕質(zhì)耐用汽車零部件的新型多材料金屬3D打印技術(shù)

魔猴君  科技前沿   60天前

輕量化，或者說更輕的汽車可以提高燃油效率、電池壽命、加速、制動和操控性的概念，是當(dāng)今汽車制造的最大趨勢之一。但挑戰(zhàn)仍然存在，特別是在組合材料以利用其不同特性時，例如鋼的強(qiáng)度和鋁的輕質(zhì)。東北大學(xué)材料研究所和新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造孵化中心的研究人員在新型多材料金屬3D打印技術(shù)方面取得了突破，該技術(shù)可用于制造輕質(zhì)耐用的汽車零部件。

增材制造在汽車制造業(yè)中變得非常流行。在東北大學(xué)的一份新聞稿中，特別強(qiáng)調(diào)了3D打印的精度，作為一種生產(chǎn)獨特且高度可定制形狀的方法。然而，所使用的材料通常都有缺點，因此人們對多材料3D打印產(chǎn)生了興趣。但這并非絕對正確。

使用激光熔化熔化的鋼鋁合金多材料在不同掃描速度下的界面強(qiáng)度（照片來源：Kenta Yamanaka等人）

“由于工藝的靈活性，多材料成為增材制造領(lǐng)域的熱門話題，”副教授Kenta Yamanaka解釋道。然而，實際實施中的一個主要挑戰(zhàn)是，對于某些金屬組合，例如鋼和鋁，可能會在不同金屬的界面處形成脆性金屬間化合物。因此，盡管現(xiàn)在的材料更輕，但最終卻變得更脆弱。

研究團(tuán)隊專門針對激光粉末床熔合（汽車領(lǐng)域領(lǐng)先的計算機(jī)輔助制造工藝之一），尋求生產(chǎn)一種既輕又耐用的鋼和鋁合金。他們發(fā)現(xiàn)，提高激光的掃描速度可以顯著抑制脆性金屬間化合物的形成（引用Al5Fe2和Al13Fe4的例子）。

使用LPBF在不同掃描速度下粘合鋼-鋁合金的結(jié)果（照片來源：Kenta Yamanaka等人）

研究人員認(rèn)為，這是由于所謂的不平衡凝固造成的，它最大限度地減少了可能導(dǎo)致材料中出現(xiàn)薄弱點的分配。這就是他們能夠展示牢固的結(jié)合界面的方式。團(tuán)隊成員之一Seungkyun Yim澄清道：“換句話說，你不能只是將兩種金屬粘在一起并期望它們在沒有計劃的情況下粘在一起。我們首先需要充分了解原位合金化機(jī)理。

編譯整理：3dnatives