視頻 l HRL 實驗室3D列印高強度鋁合金的方法，可用於製造更豐富的金屬3D列印材料

金屬3D列印技術在提高設計自由度和製造靈活性方面具有優勢，已在航空航天零部件、醫療植入物等領域發揮著日益重要的作用。然而，目前只有少數合金材料能夠可靠的用於金屬3D列印技術，如Inconel 718、TiAl6V4、CoCr、AlSi10Mg。

在超過5,500種合金材料中，絕大多數材料仍無法通過金屬3D列印技術製造。美國HRL 實驗室指出，影響合金材料在增材製造工藝中使用的原因是，列印過程中材料的熔融和凝固產生了具有大柱晶粒和周期性裂紋的微觀結構。HRL 實驗室表示，可以通過在增材製造材料中引入納米顆粒成核劑的方式來解決這一問題。 本期，3D科學谷就與谷友共同了解一下HRL 實驗室在這一領域的科研成果。

擴展金屬3D列印材料種類與應用

HRL 實驗室的相關研究論文3D printing of high-strength aluminium alloys已發表在2017年9月21日的《自然》雜誌中。

在研究中，科研人員使用的鋁合金材料為Al7075和Al6061。在激光高能環境中進行金屬3D列印將導致金屬部件遭受嚴重熱裂紋，因此HRL 實驗室研究的首要目標是弄清楚如何徹底消除熱裂紋。

通過選擇性激光熔化技術進行金屬合金的增材製造，圖片來源：nature.com

3D科學谷了解到HRL 的思路是控制微觀結構。實驗室的研究人員根據晶體學信息選擇了鋯基納米顆粒成核劑，並將它們組裝到了7075和6061系列鋁合金粉末中。

增材製造金屬原材料的納米顆粒組裝，圖片來源：nature.com

在用成核劑進行功能化之後，HRL 的研究人員發現這些先前與增材製造製造不相容的高強度鋁合金可以使用粉末床選擇性激光熔化設備進行成功的加工。成型後的材料無裂紋，等軸（即，其長度，寬度和高度上的晶粒大致相等），實現了細晶粒微觀結構，並與鍛造材料具有相當的材料強度。

增材製造鋁合金的凝固行為，圖片來源：nature.com

HRL 實驗室表示，這一技術可用於研發更多種類的3D列印合金粉末材料，這些材料不僅可以應用在粉末床選擇性激光熔化3D列印設備，還可以用於粉末床電子束熔化和基於定向能量沉積3D列印技術的設備中。

這種方式將使金屬3D列印設備能夠加工更多的合金材料，並將擴展金屬3D列印技術的應用範圍，例如可以加工鎳超合金和金屬間化合物。此外，該技術還可以用於接合，鑄造和注射成型這些傳統加工技術中，在使用這些技術加工的過程中也存在凝固裂紋和熱撕裂等問題。

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