在一些材料的開發過程當中，強度和延展性一直都被視為兩個背道而馳相反的方向。伴隨著其中一個特性水平的上升，另一個的質量就會隨之下降。正因如此，挑戰這種平衡符合冶金，同時想盡一切辦法製造出易於操作且強大的金屬自然也就成為了許多專家研究的重點。

來自英國伯明翰大學最近的一項研究發現，3D列印可以在流行的鋼鐵合金中灌輸超級機械性能。著眼於選擇性激光熔化(SLM)，研究人員與斯德哥爾摩大學和中國浙江大學攜手開發了一種新的金屬3D列印工藝，克服了增材製造強度 - 延展性瓶頸，兼具高強度和延展性。該工藝可用於製造航空航天和汽車行業的重型零件。

劉雷峯博士等人的研究對熔融和固體3D列印不鏽鋼中的分子進行了系統的電子顯微鏡分析。

一層一層地沉積金屬所需的快速冷卻速率(1000-100000000℃/秒)意味著實心3D列印鋼的晶體結構是不規則的，「錯位」，而不是均勻的，就像當常規處理。超快冷卻過程在合金中形成所謂的非平衡狀態 - 分子不均勻的固態。

這項技術的快速冷卻速度，除了增材製造之外的金屬生產工藝所不能達到的，使得金屬處於非平衡狀態。這可以產生微觀結構，如亞微米尺寸的位錯網路，從而產生理想的機械性能，如強度和延展性。

這項研究的發現是位錯分子在整個凝固過程中保留了一個預先存在的網路結構，其作用是調節材料的不規則性。這種錯位網路意味著需要複雜金屬形狀的工程師具有更大的靈活性，這些金屬形狀不一定是剛性或脆性的。通過調整這種結構，冶金學家可以有效地「編程」鋼鐵分子來製造高強度，易延展的產品，適用於高價值，高性能的應用。

在單獨的工作中，這種3D列印鋼材被用於各種不同的行業，包括汽車和航空航天。它提供的幾何靈活性意味著工程師們可以添加高性能的保形冷卻通道，就像上面的火箭發動機的圖片一樣。

一種新的合金設計工具

劉博士是伯明翰高級材料表徵和模擬中心(AMCASH)的研究員。劉博士在一份關於這項研究的聲明中解釋說：「它也是有助於金屬3D列印進入需要高機械性能的領域，如航空和汽車的結構部件「

趙玉龍博士和吳晶博士都是大學冶金與材料學院的一員，他們負責在電子顯微鏡內部建立微納材料測試系統，使研究人員能夠分析3D列印金屬樣品在機械測試過程中的性能。

這種測試系統有助於研究人員瞭解這些物理機制，並確定列印金屬的有效微觀結構特徵。

"e???

推薦閱讀：