加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一組研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的抗缺陷超級(jí)合金霹补，用于金屬3D打印屋摇。

據(jù)報(bào)道晾嘶，鈷鎳高溫合金克服了裂紋的關(guān)鍵問(wèn)題，裂紋可以困擾通過(guò)高溫粉末床熔融技術(shù)（例如SLM和EBM）制造的零件距糖⌒眩科學(xué)家認(rèn)為，他們的材料對(duì)于在高應(yīng)力應(yīng)用（包括關(guān)鍵的航空發(fā)動(dòng)機(jī)組件和化學(xué)接觸核組件）中發(fā)展工業(yè)3D打印具有“巨大的希望”慢杜。

加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的材料教授讼崔，工程學(xué)院副院長(zhǎng)Tresa Pollock領(lǐng)導(dǎo)了該項(xiàng)目。

增材制造兼容性問(wèn)題

談到這項(xiàng)工作的動(dòng)機(jī)炫咱，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校工程學(xué)院副院長(zhǎng)Tresa Pollock表示死辫，當(dāng)今許多與常規(guī)制造方法一起使用的先進(jìn)合金根本無(wú)法與增材制造兼容。設(shè)計(jì)用于承受極端高溫和化學(xué)腐蝕的高性能合金通常會(huì)遇到開(kāi)裂問(wèn)題投圣，這主要是由于金屬3D打印過(guò)程中存在的循環(huán)加熱和冷卻所導(dǎo)致的過(guò)多殘余應(yīng)力檬舀。

Pollock補(bǔ)充說(shuō)：“取出材料并進(jìn)行一些熱處理后，當(dāng)仍在打印物體時(shí)脓脸，它們可能會(huì)在液態(tài)時(shí)破裂腹痹，或者在固態(tài)時(shí)會(huì)破裂。這使人們無(wú)法使用我們目前在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等應(yīng)用中使用的合金來(lái)印刷新的設(shè)計(jì)辐椎，例如下伙，這些設(shè)計(jì)可能會(huì)大大提高性能或能源效率∏≡溃”

由于開(kāi)發(fā)與添加劑相容的高性能合金帶來(lái)的挑戰(zhàn)吗浩，Pollock和她的團(tuán)隊(duì)利用國(guó)防部授予的300萬(wàn)美元Vannevar Bush教職研究員獎(jiǎng)開(kāi)始了該項(xiàng)目。

航空航天業(yè)用鎳基超級(jí)合金

最終的配方最終含有大約等份的鈷和鎳没隘，以及少量的其他元素懂扼，如鋁和鉻。盡管大多數(shù)合金在其熔融溫度的約50％處開(kāi)始機(jī)械劣化右蒲，但新開(kāi)發(fā)的鎳基高溫合金在熔融溫度的90％時(shí)仍保持其完整性微王，顯示出約1.1GPa的拉伸強(qiáng)度和更大的斷裂伸長(zhǎng)率超過(guò)13％。

類似的鎳基高溫合金（例如因科鎳合金）通常具有出色的機(jī)械性能品嚣，耐腐蝕性能和抗蠕變性炕倘，工作溫度通常在500°C +范圍內(nèi)钧大。因此，從歷史上看罩旋，材料類別已用于航空航天業(yè)中的單晶渦輪葉片和葉片的制造啊央，在航空航天業(yè)中，高應(yīng)力涨醋，高溫環(huán)境是司空見(jiàn)慣的瓜饥。

在對(duì)基于激光的SLM和EBM進(jìn)行了材料測(cè)試之后，研究人員發(fā)現(xiàn)了他們的新型高溫合金的無(wú)裂紋印刷能力浴骂。Pollock解釋說(shuō)：“高比例的鈷使我們能夠設(shè)計(jì)合金的液態(tài)和固態(tài)狀態(tài)的特征快混，使其與各種印刷條件兼容∧芎剑”

使用EBM（上排）和SLM（下排）打印的新開(kāi)發(fā)的高溫合金的SEM顯微照片和圖像穿互。

雖然材料的進(jìn)步無(wú)疑在3D打印的潛力中發(fā)揮了作用，但還有其他方法可以生產(chǎn)用于工業(yè)應(yīng)用的無(wú)缺陷組件挚蟹。例如峡徽，一個(gè)由中美兩國(guó)研究人員組成的團(tuán)隊(duì)最近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“速度極限”，在該速度極限下木影，粉末床熔合期間不太可能出現(xiàn)零件缺陷绣首。通過(guò)使用X射線成像，科學(xué)家將掃描速度精確地映射到熔池飛濺水平璃淤，確定了可以最小化表面缺陷的“安全速度”施旱。

在其他地方，研究人員在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）開(kāi)發(fā)了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的創(chuàng)新方法來(lái)檢測(cè)3D打印零件中的缺陷伙斯。利用實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)以及預(yù)測(cè)算法鸭嗡，科學(xué)家能夠在粉末床熔化過(guò)程中的熱歷史與表面缺陷的形成之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。該方法可以允許****在打印參數(shù)選擇階段避免孔隙浙炼。

（白令三維）

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