3D打印晶体激发的超材料面世,可用于抗损伤部件

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-01-22

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据《3D打印商情》了解,谢菲尔德大学和伦敦帝国理工学院(ICL)的研究人员正在探索金属合金中的晶体微结构,以提高3D打印部件的耐用性。
作为这项研究的结果,该团队开发了“元晶”,其中包含了新颖的晶格成分,模仿了单晶的结构——一种材料,其中成分是连续不间断的,没有晶界。
“这种材料开发方法对增材制造业具有深远的影响。”谢菲尔德大学材料科学与工程系的Iain Todd教授说。
“物理冶金与建筑金属材料的融合将使工程师能够创造具有所需强度和韧性的抗损坏建筑材料,同时还能提高建筑材料对外部负荷的响应性能。”
3D打印的元晶体
晶格结构经常在3D打印材料中用作填充图案,使得组件更轻、更强和更灵活。据研究人员称,这种结构复制了金属单晶的结构,因为它保持了均匀的布局,节点都符合规则阵列。
尽管它能够承受极端温度下的变形,但据说单晶材料在其机械性能方面存在局限性。例如,结构被压缩,晶格便从一个或多个节点平面分裂,导致永久变形。
“在多晶材料中——那些具有许多晶体的材料——原子面的排列是随机的,因此当剪切力在特定方向时,裂纹会在遇到晶体时减慢或停止。”该研究表明。
因此,研究人员开始模仿3D打印格子中的多晶微结构,目的是开发坚固耐用的材料。

演示金属3D打印显示微观结构的不同方向。
多材料3D打印的进展
通过计算机建模原子结构,该团队打算改变材料的设计方式。在对由他们的超晶体制成的部件进行实验测试后,研究人员发现3D打印部件具有高能量吸收性。
与模拟单晶结构的材料相比,多晶类材料能够承受故障前能量的七倍左右。
ICL材料系助理教授Minh-Son Pham博士解释说:“这种元晶体方法可以与多元材料3D打印的最新进展相结合,为开发新的先进技术开辟新的研究前沿。材料重量轻、机械坚固,有望推进未来的低碳技术。“
题为《受晶体微观结构启发的耐损伤建筑材料》的研究论文由Minh-Son Pham,Chen Liu,Iain Todd和Jedsada Lertthanasarn共同撰写。

多晶结构示意图。