可能是金属3D打印材料转折点：普适性的3D打印铝合金技术出现

近日一项新的3D打印铝合金技术开始引起业界的关注，可能是金属3D打印发展史上一个重要转折点。

众所周知金属3D打印非常高大上，但也存在比较多的局限，首先就是材料，目前仅有少数金属合金可以真正实现3D打印，而超过5000多种合金由于打印过程中的熔融和固化动力学问题，容易形成具有柱状晶和周期性裂缝的微结构，不适合3D打印。

因此，金属3D打印往往只能用于制备一些样品，不能实现规模化生产。
有鉴于此，TresaM. Pollock等人受传统熔铸工启发，报道了一种基于纳米成核剂实现3D打印铝合金的普适性金属3D打印技术。

图1. 3D打印铝合金工艺

熔铸工艺中，人们通常会加入一种称作“孕育剂”（inoculants）的物质，和液体金属混合，来孕育晶种，从而可在温度梯度较大和固化速度较快的条件下生长晶体。
类似地，研究人员在打印材料中引入纳米颗粒成核剂进行表面修饰，抑制3D打印中的热撕裂行为，控制金属固化方式，得到等轴结晶（相同的长宽高），可以在急剧的热梯度条件下实现等轴晶体的生长。

图2. 纳米颗粒在合金粉末上的组装
 

图3. 加入纳米成核剂（右）与不加纳米成核剂（左）的产品微观结构对比

研究发现，以往不适合3D打印的7075和6061系列高强度铝合金可以通过选择性激光熔融技术实现3D打印。3D打印产品具有无裂缝的、等轴的、精细结晶微结构，使得3D打印的铝合金和锻造铝合金强度接近。
这种方法适合一系列合金材料和3D打印设备，具有良好的普适性。为不可焊接的超级镍合金或镍基间金属提供了3D打印的可能，同时，该技术对熔铸、热压铸等容易产生热撕裂和硬化裂缝问题的传统工艺也具有借鉴性。

图4. 固化行为
 

图5. 力学测试

1. John H. Martin, Brennan D. Yahata, Tresa M. Pollock et al. 3D printing ofhigh-strength aluminium alloys. Nature 2017, 549, 365–369.
   DOI：10.1038/nature23894

2. 2.Iain Todd. Metallurgy: No more tears for metal 3D printing. Nature 2017, 549,342–343.

 论文链接：http://www.nature.com/nature/journal/v549/n7672/full/nature23894.html?foxtrotcallback=true

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