研究人员3D打印多晶格结构强度提高7倍

2019-01-21 10:42

2019年1月21日，笔者从外媒获悉，在一项合作研究中，来自伦敦帝国理工学院和谢菲尔德大学的研究人员分析了3D打印物体的晶格结构，并将其与金属单晶的结构进行了比较。他们发现晶格遵循冶金学原理并几乎完全复制金属的单晶结构，其中3D打印晶格的节点与单晶原子相似，晶格支柱作为原子键。

在两种结构中，原子平面或晶格情况下的节点都是对齐的。对于在极端温度下具有抗变形能力的某些应用，例如喷气发动机，这是非常好的。然而，这些材料确实有它们的缺点：当它们到达它们的断裂点时，它们会发生灾难性的失败。这是因为裂缝总是沿着阻力最小的路径，并且在单晶材料中，它总是直线，因为它的节点是最弱点，节点都是对齐的。

另一方面，多晶材料具有许多晶体，并且它们的原子平面是随机排列的。通过在节点之间的各个方向上缠绕的最小阻力的路径，这种材料中的裂缝将减慢。因此，如果3D打印物体的内部晶格可以在多晶结构之后建模，那么理论上这些物体应该更强。

研究小组采用了多晶原子结构模型，对其进行了扩展，并创建了用于3D打印的介观结构;他们称这些格子为元晶。他们的实验表明，具有多晶格子的3D打印物体比标准格子物体强7倍。对于重新排列某些几何形状而言，这是一个显著的强度差异，但只有3D打印才能实现这一发现，因为从字面上看，没有其他制造方法可以产生这些结构。

谢菲尔德大学材料科学与工程系的IainTodd教授解释说：“这种材料开发方法对增材制造业具有深远的影响。物理冶金与建筑超材料的融合将使工程师能够创造具有所需强度和韧性的耐损伤建筑材料，同时还可以改善建筑材料对外部载荷的响应性能。”

伦敦帝国理工学院的Minh-SonPham博士详细阐述了将该工艺与多材料3D打印机相结合的潜力:“这种元晶方法可以与多材料3D打印的最新进展相结合，开辟了一个新的前沿研究开发新型先进材料，这种材料重量轻，机械强度高，有望推进未来的低碳技术。”