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   3小時(shí)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(dòng)和操控性的概念，是當(dāng)今汽車制造的最大趨勢(shì)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(shí)，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(dú)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(diǎn)，因此人們對(duì)多材料3D打印產(chǎn)生了興趣。但這并非絕對(duì)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(shí)際實(shí)施中的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是，對(duì)于某些金屬組合，例如鋼和鋁，可能會(huì)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(duì)專門針對(duì)激光粉末床熔合（汽車領(lǐng)域領(lǐng)先的計(jì)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(diǎn)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(duì)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?cè)跊]有計(jì)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