研究人員3D打印多晶格結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度提高7倍

2019年1月21日，南極熊從外媒獲悉，在一項(xiàng)合作研究中，來自倫敦帝國理工學(xué)院和謝菲爾德大學(xué)的研究人員分析了3D打印物體的晶格結(jié)構(gòu)，并將其與金屬單晶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。他們發(fā)現(xiàn)晶格遵循冶金學(xué)原理并幾乎完全復(fù)制金屬的單晶結(jié)構(gòu)，其中3D打印晶格的節(jié)點(diǎn)與單晶原子相似，晶格支柱作為原子鍵。

在兩種結(jié)構(gòu)中，原子平面或晶格情況下的節(jié)點(diǎn)都是對齊的。對于在極端溫度下具有抗變形能力的某些應(yīng)用，例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這是非常好的。然而，這些材料確實(shí)有它們的缺點(diǎn)：當(dāng)它們到達(dá)它們的斷裂點(diǎn)時(shí)，它們會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的失敗。這是因?yàn)榱芽p總是沿著阻力最小的路徑，并且在單晶材料中，它總是直線，因?yàn)樗墓?jié)點(diǎn)是最弱點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)都是對齊的。

另一方面，多晶材料具有許多晶體，并且它們的原子平面是隨機(jī)排列的。通過在節(jié)點(diǎn)之間的各個(gè)方向上纏繞的最小阻力的路徑，這種材料中的裂縫將減慢。因此，如果3D打印物體的內(nèi)部晶格可以在多晶結(jié)構(gòu)之后建模，那么理論上這些物體應(yīng)該更強(qiáng)。

研究小組采用了多晶原子結(jié)構(gòu)模型，對其進(jìn)行了擴(kuò)展，并創(chuàng)建了用于3D打印的介觀結(jié)構(gòu);他們稱這些格子為元晶。他們的實(shí)驗(yàn)表明，具有多晶格子的3D打印物體比標(biāo)準(zhǔn)格子物體強(qiáng)7倍。對于重新排列某些幾何形狀而言，這是一個(gè)顯著的強(qiáng)度差異，但只有3D打印才能實(shí)現(xiàn)這一發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閺淖置嫔峡?，沒有其他制造方法可以產(chǎn)生這些結(jié)構(gòu)。

謝菲爾德大學(xué)材料科學(xué)與工程系的Iain Todd教授解釋說：“這種材料開發(fā)方法對增材制造業(yè)具有深遠(yuǎn)的影響。物理冶金與建筑超材料的融合將使工程師能夠創(chuàng)造具有所需強(qiáng)度和韌性的耐損傷建筑材料，同時(shí)還可以改善建筑材料對外部載荷的響應(yīng)性能。

倫敦帝國理工學(xué)院的Minh-Son Pham博士詳細(xì)闡述了將該工藝與多材料3D打印機(jī)相結(jié)合的潛力:“這種元晶方法可以與多材料3D打印的最新進(jìn)展相結(jié)合，開辟了一個(gè)新的前沿研究開發(fā)新型先進(jìn)材料，這種材料重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高，有望推進(jìn)未來的低碳技術(shù)。“

編譯自：3ders