金属3D打印重大突破

增材制造是指基于离散-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，应用于金属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打印高强度铝合金的技术。  

HunterMartin和BrennanYahata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。HunterMartin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。  

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。  

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。

来源：DeepTech深科技