近日，耶魯大學(xué)、Desktop Metal公司和麻省理工學(xué)院的研究人員采用了一種新的方法，將一種比最好的金屬都強(qiáng)韌、但又具有塑料的柔韌性的新材料——金屬玻璃——應(yīng)用于3D打印，這表明金屬的3D打印可能很快就會變得簡單且實(shí)用。研究結(jié)果于8月1日發(fā)表在《材料》雜志上。

由于金屬材料通常不容易擠壓，金屬部件的3D打印具有一定的挑戰(zhàn)性和局限性。研究人員之前曾做過金屬零件的3D打印，利用高度局部加熱和凝固的金屬粉末，并將其塑形成所需的結(jié)構(gòu)。然而，這一過程費(fèi)用高昂且復(fù)雜，而且通常不會產(chǎn)生理想的性能。

塊狀金屬玻璃（BMGs）具有獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)，當(dāng)從液體冷卻到固體時，它們的原子會隨機(jī)排列，而不會像傳統(tǒng)金屬那樣結(jié)晶，所以塊狀金屬玻璃（BMGs）在加熱時可以像熱塑性塑料一樣持續(xù)軟化。研究人員已經(jīng)證明，BMGs可以用于3D打印，在與熱塑性3D打印相似的環(huán)境條件下，產(chǎn)生固態(tài)、高強(qiáng)度的金屬部件。

研究團(tuán)隊(duì)專注于一種由鋯、鈦、銅、鎳和鈹制成的性能優(yōu)良且易于獲得的BMG材料，從理論上證明了這種方法可以打印出更大范圍的BMGs。他們的突破極大地降低了利用BMGs軟化特性所涉及的成本和資源，可以消除在材料和工程應(yīng)用中選擇熱塑性部件替代金屬部件的問題。

研究人員使用了直徑為1毫米、長度為700毫米的非晶棒，用460℃的擠壓溫度和10~1000牛頓的擠壓力，使軟化纖維通過0.5毫米口徑的噴嘴。面對打印出來的BMG部件，研究人員感到非常驚訝。合著者、耶魯大學(xué)的Jittisa Ketkaew說：“我們原本只期望平行印刷方向上會有很高的強(qiáng)度，沒想到垂直方向上的強(qiáng)度也很強(qiáng)。”

合著者Punnathat Bordeenithikasem表示，能夠像熱塑性塑料一樣輕松地打印金屬部件，將徹底改變金屬增材制造領(lǐng)域。“除了原型設(shè)計(jì)之外，打印部件的可行性以及部分設(shè)計(jì)的通用性使得這種3D打印技術(shù)適用于制造用于醫(yī)療、航空和航天器應(yīng)用的高性能部件。”加州理工學(xué)院NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究員Bordeenithikasem說。

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