3d打印 铝合金，3d打印纳米材料

增材制造是指基于离散纤维原理，根据零件的三维数据直接制造零件的科学技术系统。根据不同的分类原理和理解方式，增材制造技术也有很多名称，如快速原型、快速成型、快速制造、3D打印等。

目前，用于3D打印的金属粉末材料有多种类型，包括钛合金、钴铬合金、不锈钢、铁粉、铝粉和铝合金，但也有金等贵金属材料。银用于印刷珠宝。其中，铝合金在3D打印中的优点是熔点低、密度低、可强化、可塑性高、易于加工。但该材料的缺点是加工安全性低、强度低、化学活性高导致力学性能差。

近日，美国HRL实验室（哈佛机器人实验室）的研究人员开发出一种3D打印高强度铝合金的技术，包括流行的AI7075和AI6061。

这项新技术使HRL Laboratories 处于金属增材制造（研究、工业、保护等）的前沿。 （来源：M. Durant，HRL 研究所）

该研究小组由HRL 研究所的工程师和加州大学的博士Hunter Martin 和Brennan Yahata 共同领导。亨特·马丁先生表示，“利用21世纪的机器，我们解决了基于70年前的成核理论100年都无法解决的问题。”相关论文发表在学术期刊010-上，日期为9 月21 日。已发布30000。

金属增材制造通常使用合金粉末作为原材料，用激光或其他直接加热光源加热使其熔化并固化成薄层，然后逐层打印。通常，对于高强度、不可焊接的铝合金（例如Al7075 和AL6061），所得产品可能会遭受严重的热裂纹，导致金属像薄饼干一样破裂。

HRL 实验室使用纳米粒子功能化方法解决了这个问题，其中用特定的纳米粒子对高强度、不可焊接的合金粉末进行改性。将改性粉末装入3D 打印机，将粉末分层并用激光熔化每一层，最终创建三维物体。在熔化和凝固过程中，纳米颗粒充当合金微观结构的成核位点，从而防止高温裂纹的产生并保持合金的强度完好。

图丨将改性粉末装入3D打印机，打印机将粉末分层并用激光熔化每一层，最终创建一个三维物体。 （来源：B. Ferguson，HRL 研究所）

由于增材制造过程中的熔化和凝固类似于焊接，HRL Labs 的纳米颗粒功能化可用于将不可焊接合金转变为可焊接合金。此外，该技术能够大规模生产并使用低成本材料，即传统合金粉末和纳米颗粒。其中，纳米颗粒均匀分布在粉末颗粒的表面。

马丁解释说：“我们的首要目标是完全消除热裂纹，主要是通过调整微观结构。”

为了找到合适的纳米颗粒（锆基纳米颗粒），HRL 研究所的研究团队建立了一个庞大的材料数据库，以帮助找到许多可能的系统所需的纳米材料。我们研究了Citrine Informatics，这是一家公司，

八幡教授说：“信息学软件的使用是我们研究的关键点。在冶金学中，我们通常根据元素周期表找到可能的合金元素，并重复试错。使用信息学软件，我们可以有选择地选择基于成核理论的合金元素。”寻找具有所需特性的材料。我们告诉Citrine Informatics 我们正在寻找什么，他们广泛的数据分析使我们能够将可能材料的范围从数百或数千缩小到特定数量。流程如下。你可以想象这有多么困难。这是大海捞针。 ”

这项技术为工程用高强度合金增材制造打开了大门，所得合金非常适合飞机和汽车零部件。

此外，该技术还可应用于其他合金系统，例如高强度钢和镍基高温合金（目前很难使用增材制造技术进行加工）。这项令人兴奋的新技术也使HRL Laboratories USA 处于金属增材制造研究、工业、防护等领域的前沿。