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科学家使用3D打印技术开发新型金属材料

2015-10-23 14:20
小伊琳
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  迄今为止,朋友们可能已经听说了很多研究人员和团队正在开发各种更加适合于3D打印的新材料。但是近日,美国密苏里科技大学(Missouri University of Science and Technology)的科学家们却反其道而行之,他们使用3D打印技术创造了一种全新的材料。

  Frank Liou博士和Jagannanthan Sarangapani博士,这两位分别是该校产品创新、创造以及电气和计算机工程方面的特聘教授。他们一直致力于使用数字化的增材制造技术来创造新的金属材料,这些材料与现有金属材料相比具有较强和较轻的性能。而制造这些金属的工艺涉及到了增材制造成型、传感器网络,以及整个过程的无缝整合。

  据了解,Liou博士和Sarangapani博士一直在开发的是一种结构非晶态金属(SAMs),他们主要是由的是直接激光熔融技术,即使用高能激光逐层熔融金属粉末,并以此构建出3D对象。目前研究者一直在努力寻找正确的冷却速度,以使金属材料非晶态,也就是说在一些小的单元水平(cellular level)上实现随机构造,而不是普通的晶体结构。

  Frank Liou博士(右)和学生

  而制备非晶态金属的意义也正是来自于这种细小单元的随机构造。也就是说,这种材料是由众多微小的碎片,像沙粒那样,组成的,与普通的金属相比,它通常更强、更硬,更不容易断裂。而带有常规晶体结构的金属往往会沿着它们的微小单元结构的排列方向断裂,而非晶态金属没有固定的结构可以打破。Liou博士解释说,“颗粒越小,结构非晶态金属强度越高。”

  科学家们希望通过这项研究,最终创造出比传统金属强度高10倍的新材料,这样在很多领域都会降低制造对象的材料用量,以及制造成本。由于他们的研究,Liou和Sarangapani已经拿到了美国国家科学基金会(NSF)近15万美元的资助。

  除此之外,Liou也一直在进行梯度功能材料(FGMs)的研究,这种材料通常结合了两种不容易相融的金属,比如不锈钢和钛、铜和钢等。对于这个项目,Liou已经在与 Joseph Newkirk博士进行合作研究,后者是该校材料科学与工程学院副教授。他们的工作得到了美国宇航局(NASA)Langley中心的支持。

  将不同类型的金属材料结合起来,往往会产生一种新型的金属,这种金属材料往往会兼具两种原有材料的特性。而为了实现这种结合,比如铜和钛,还需要加入第三种材料以在两者之间起到介质作用。最初产生的新材料将具有铜和钛的性质,可以在构建诸如飞机或飞船的零部件中发挥作用。

  Liou解释说,与结构非晶态金属(SAM)的开发类似,FGM也面临着找到正确的冷却速度问题。他说,“这是一个关于冷却速度的竞赛。如果你能比微型结构形成速度或者化学反应的速度更快,你就能将两种金属轻松结合起来。”

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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