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澳州皇家墨尔本理工证明,添加铜可以增强3D打印钛合金

       中国3D打印网12月12日讯,澳大利亚皇家墨尔本理工学院(RMIT)的研究人员试用了一种将钛合金和铜结合起来的金属3D打印新材料。钛铜合金由RMIT工程学院开发,旨在防止3D打印时会影响钛的开裂和变形。 RMIT指出,这种材料有可能导致用于医疗设备和航空航天领域的一系列新型高性能合金。

  参与多方合作的MIT研究人员:Dong Qiu博士,Mark Easton教授和Zhang Duyao Zhang博士。图片来自RMIT。
  钛3D打印的问题
        钛合金广泛用于增材制造行业中的许多应用和垂直领域。通常,它用于制造航空航天,医疗,汽车等领域的组件和产品。但是,RMIT解释说,随着目前增材制造市场中使用的钛合金产品的出现,用户的3D打印组件容易出现裂纹和变形。据中国3D打印网了解,其原因是“基于熔融的金属添加剂制造工艺的固有高冷却速率和高热梯度”。这可能会导致非常精细的微观结构,并导致钛合金冷却并以圆柱状晶体结合在一起,从而导致开裂或变形。此外,RMIT解释说,没有用于钛的商业晶粒细化剂,这将使制造商可以细化材料的微观结构并避免复杂性。

在RMIT的Advanced Manufacturing Precinct生产的3D打印钛铜块。图片来自RMIT。

  用铜取代负面影响

      RMIT解决该问题的方法是将钛合金与铜结合起来。事实证明,铜是很难通过增材制造来处理的材料,因为它会反射激光束施加的热量。尽管如此,包括GE Additive,Optomec和Protolabs在内的多家公司最近都发布了用于3D打印的铜材料和服务。据中国3D打印网了解,这些钛-铜合金具有较高的组织过冷能力,这是由于凝固过程中合金元素的分配所致。这可以使材料克服在增材制造过程中由激光熔化区域中的高热梯度引起的任何负面影响。
       结果,RMIT大学工程学院的Mark Easton教授指出,用钛-铜合金进行3D打印的物体表现出“特殊的特性”,而无需任何特殊的过程控制或额外的处理。 “特别值得注意的是其完全等轴的晶粒结构:这意味着晶粒在各个方向上均等地生长以形成牢固的结合,而不是在圆柱中,这会导致易于断裂的薄弱点。具有这种微观结构的合金可以承受更高的压力,并且在制造过程中几乎不会出现缺陷,例如破裂或变形。”
     根据他们的发现,研究人员还建议可以通过3D打印对其他合金进行相同的处理,以改善其性能:“总的来说,这开辟了专门开发新系列钛基合金的可能性。 CSIRO高级首席研究科学家Mark Gibson博士补充说。
 钛和铜粉带有3D打印的条
  钛和铜粉带有3D打印的条。图片来自RMIT。
       RMIT的研究人员已经证明了在金属3D打印领域的持续研究成果。 2月,该大学的一名博士候选人因证明工具钢的3D可打印性而获得了1.5万澳元(合1万美元)的奖金。 RMIT还领导了一个寻求将金属3D打印应用到澳大利亚国防军中的项目。
      该合作项目还涉及RMIT大学,CSIRO,昆士兰大学和俄亥俄州立大学的合金成分和晶粒微结构领域的领先研究人员。他们的发现发表在科学杂志《自然》上。

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(责任编辑:中国3D打印网)