耶鲁大学非晶3D打印新方式:用460℃挤压直径1毫米长金属玻璃棒材成功打印出器件


       8月1日,《材料》介绍一项新的3D打印非晶合金方式研究成果。该期杂志介绍:耶鲁大学、Desktop Metal公司和麻省理工学院的研究人员采用了一种新的方法,将一种比最好的金属都强韧、但又具有塑料的柔韧性的新材料——金属玻璃,应用于3D打印,这表明金属的3D打印可能很快就会变得简单且实用。



       由于金属材料通常不容易挤压,金属部件的3D打印具有一定的挑战性和局限性。研究人员之前曾做过金属零件的3D打印,利用高度局部加热和凝固的金属粉末,并将其塑形成所需的结构。然而,这一过程费用高昂且复杂,而且通常不会产生理想的性能。

       块状金属玻璃(BMGs)具有独特的原子结构,当从液体冷却到固体时,它们的原子会随机排列,而不会像传统金属那样结晶,所以块状金属玻璃(BMGs)在加热时可以像热塑性塑料一样持续软化。研究人员已经证明,BMGs可以用于3D打印,在与热塑性3D打印相似的环境条件下,产生固态、高强度的金属部件。

       研究团队专注于一种由锆、钛、铜、镍和铍制成的性能优良且易于获得的BMG材料,从理论上证明了这种方法可以打印出更大范围的BMGs。他们的突破极大地降低了利用BMGs软化特性所涉及的成本和资源,可以消除在材料和工程应用中选择热塑性部件替代金属部件的问题。

       研究人员使用了直径为1毫米、长度为700毫米的非晶棒,用460℃的挤压温度和10~1000牛顿的挤压力,使软化成非晶丝状通过0.5毫米口径的喷嘴。面对打印出来的BMG部件,研究人员感到非常惊讶。合作者、耶鲁大学的Jittisa Ketkaew说:“我们原本只期望平行印刷方向上会有很高的强度,没想到垂直方向上的强度也很强。”

       合作者Punnathat Bordeenithikasem表示,能够像热塑性塑料一样轻松地打印金属部件,将彻底改变金属增材制造领域。“除了原型设计之外,打印部件的可行性以及部分设计的通用性使得这种3D打印技术适用于制造用于医疗、航空和航天器应用的高性能部件。”加州理工学院NASA喷气推进实验室的研究员Bordeenithikasem说。

       非晶中国大数据库通过信息比对,耶鲁大学科研工作者使用的“由锆、钛、铜、镍和铍制成的性能优良且易于获得的金属玻璃材料”,我国很多科研工作者可实现,且国内很多企业通过压铸成型的块体非晶结构件中,主要成份也类似,不同的是,国内科研单位和企业很少用含有“铍”元素。“尽管铍元素的添加,更加容易增加其形成能力,但铍元素在加工过程中,容易产生有害物质。”一位科学家告诉非晶中国:“不过用这种方法3D打印金属玻璃很有想像力。”

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