重大团队又发《Science》！针对3D打印提出“一箭双雕”方法

来源：重庆大学

在推动3D打印领域发展的道路上，重庆大学科研团队又有了新成果。日前，材料科学与工程学院与澳大利亚昆士兰大学、丹麦技术大学的联合科研团队在《Science》发表了题为“通过双功能合金设计实现超均匀、高强塑性的3D打印钛合金”文章，提出一种“一箭双雕”的合金设计策略，为探索多种金属粉末原料、可变的打印合金体系、不同的3D打印技术以及先进的多材料打印开辟了一条途径。

此前，重庆大学在材料科学领域已有6篇论文发表在《Science》和《Nature》上。

△论文发表页面

近年来，3D打印作为一种新技术，频频出现在人们的视野中。金属3D打印过程中通常涉及多重物理和冶金现象，从而赋予打印构件复杂的微观组织结构和多样的力学性能。“在3D打印过程中，金属经常会形成粗大的柱状晶粒和不均匀分布的相，这样的组织结构不仅导致打印构件的力学性能不均匀，同时也会降低构件的力学性能。”谈及该研究的初衷，重庆大学材料科学与工程学院黄晓旭教授表示，这一合作研究的最初设想是寻求一种“一箭双雕”的合金设计策略，从而直接通过3D打印获得性能优越和均匀的钛合金。

黄晓旭介绍，钛合金是当前应用最广泛的金属3D打印材料之一。在室温下的工程应用中，合适的钛合金通常表现出10%-25%的拉伸伸长率，这反映了良好的材料可靠性。但在金属材料加工的传统和增材制造技术中，一直需要考虑强度和延展性之间的平衡。

△Mo纳米颗粒的添加显著提高了3D打印Ti-5553合金的力学性能及其均匀性

在“一箭双雕”的合金设计策略中，研究人员通过有效调控微观组织，成功打印了具有高强度、高塑性而且性能均匀的钛合金，其屈服强度达926MPa，断裂伸长率为26%，实现了强度与塑性的优良匹配。

据悉，《Science》同期评论文章指出，该方法有望应用于其他粉末混合物的3D打印，并能够定制具有增强性能的不同合金。业内人士表示，该策略还克服了打印状态下的强度与延展性的平衡矛盾，最大限度减少了打印后处理的需要，这些优势将在3D打印领域引起新研究热潮。


https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj0141