日本東北大學(xué)材料研究所和新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造孵化中心的研究人員在多材料3D打印技術(shù)方面取得了突破，展示了制造輕質(zhì)且耐用汽車(chē)零件的過(guò)程。

金屬3D打印的過(guò)程涉及逐層沉積金屬，并使用熱量將它們粘合在一起以構(gòu)建物體。3D打印的精度允許生產(chǎn)獨(dú)特、高度可定制的形狀，這些形狀通常比傳統(tǒng)制造方法產(chǎn)生更少的廢物副產(chǎn)品。也可以通過(guò)3D打印創(chuàng)建“多材料結(jié)構(gòu)”，這些結(jié)構(gòu)通過(guò)戰(zhàn)略性地結(jié)合不同材料以獲得組件的最佳性能。例如，通過(guò)將鋼鐵與鋁結(jié)合，可以使汽車(chē)零件更輕。由于這些好處，掌握這樣的3D打印技術(shù)正受到研究人員的極大關(guān)注。

然而，這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。

“多材料是增材制造領(lǐng)域的熱門(mén)話題，因?yàn)樗倪^(guò)程靈活性，”東北大學(xué)的副教授山中健太解釋說(shuō)，“然而，在實(shí)際實(shí)施中的主要挑戰(zhàn)之一是，對(duì)于某些金屬組合，如鋼和鋁，在不同金屬界面處可能會(huì)形成脆性金屬間化合物。因此，雖然材料現(xiàn)在更輕，但最終卻變得更脆。”

這項(xiàng)研究的目標(biāo)是生產(chǎn)一種既輕質(zhì)又不犧牲強(qiáng)度的鋼鋁合金。為此，研究團(tuán)隊(duì)使用了激光粉末床熔化（L-PBF），這是主要的金屬3D打印技術(shù)之一，它使用激光選擇性地熔化金屬粉末。他們發(fā)現(xiàn)，增加激光的掃描速度可以顯著抑制脆性金屬間化合物（如Al5Fe2和Al13Fe4）的形成。他們提出，這種更高的掃描速度導(dǎo)致了所謂的非平衡凝固，這最小化了導(dǎo)致材料弱點(diǎn)的溶質(zhì)分配。他們創(chuàng)造的產(chǎn)品因此展示了強(qiáng)大的結(jié)合界面。

“換句話說(shuō)，你不能僅僅將兩種金屬放在一起就指望它們粘在一起而沒(méi)有計(jì)劃，”東北大學(xué)的特別任命助理教授Seungkyun Yim說(shuō)，“我們首先必須充分理解原位合金化機(jī)制?！?/p>

基于這一成就，他們成功原型化了世界上第一個(gè)全尺寸汽車(chē)多材料組件（懸掛塔）并具有定制的幾何形狀。研究小組打算將這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于其他需要改進(jìn)結(jié)合問(wèn)題的金屬組合，這將允許更廣泛的應(yīng)用。