謝菲爾德大學(xué)和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院（ICL）的研究人員正在探索金屬合金中的晶體微結(jié)構(gòu)，以提高3D打印部件的耐用性。 作為這項(xiàng)研究的結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了“元晶”，其中包含了新穎的晶格成分，模仿了單晶的結(jié)構(gòu)——一種材料，其中成分是連續(xù)不間斷的，沒有晶界。 “這種材料開發(fā)方法對(duì)增材制造業(yè)具有深遠(yuǎn)的影響。”謝菲爾德大學(xué)材料科學(xué)與工程系的Iain Todd教授說(shuō)。 “物理冶金與建筑金屬材料的融合將使工程師能夠創(chuàng)造具有所需強(qiáng)度和韌性的抗損壞建筑材料，同時(shí)還能提高建筑材料對(duì)外部負(fù)荷的響應(yīng)性能。” 3D打印的元晶體 晶格結(jié)構(gòu)經(jīng)常在3D打印材料中用作填充圖案，使得組件更輕、更強(qiáng)和更靈活。據(jù)研究人員稱，這種結(jié)構(gòu)復(fù)制了金屬單晶的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗３至司鶆虻牟季�，�?jié)點(diǎn)都符合規(guī)則陣列。 盡管它能夠承受極端溫度下的變形，但據(jù)說(shuō)單晶材料在其機(jī)械性能方面存在局限性。例如，結(jié)構(gòu)被壓縮，晶格便從一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)平面分裂，導(dǎo)致永久變形。 “在多晶材料中——那些具有許多晶體的材料——原子面的排列是隨機(jī)的，因此當(dāng)剪切力在特定方向時(shí)，裂紋會(huì)在遇到晶體時(shí)減慢或停止。”該研究表明。 因此，研究人員開始模仿3D打印格子中的多晶微結(jié)構(gòu)，目的是開發(fā)堅(jiān)固耐用的材料。
演示金屬3D打印
顯示微觀結(jié)構(gòu)的不同方向
多材料3D打印的進(jìn)展 通過(guò)計(jì)算機(jī)建模原子結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊(duì)打算改變材料的設(shè)計(jì)方式。在對(duì)由他們的超晶體制成的部件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，研究人員發(fā)現(xiàn)3D打印部件具有高能量吸收性。 與模擬單晶結(jié)構(gòu)的材料相比，多晶類材料能夠承受故障前能量的七倍左右。 ICL材料系助理教授Minh-Son Pham博士解釋說(shuō)：“這種元晶體方法可以與多元材料3D打印的最新進(jìn)展相結(jié)合，為開發(fā)新的先進(jìn)技術(shù)開辟新的研究前沿。材料重量輕、機(jī)械堅(jiān)固，有望推進(jìn)未來(lái)的低碳技術(shù)。“ 題為《受晶體微觀結(jié)構(gòu)啟發(fā)的耐損傷建筑材料》的研究論文由Minh-Son Pham，Chen Liu，Iain Todd和Jedsada Lertthanasarn共同撰寫。
多晶結(jié)構(gòu)示意圖
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