三倍的強(qiáng)度，3D打印

3D打印正在獲得工業(yè)制造業(yè)越來越多的重視，但即便是很多看好3D打印技術(shù)的制造業(yè)人士，對(duì)3D打印所能實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品形狀感到樂觀，但對(duì)3D打印所能實(shí)現(xiàn)的力學(xué)性能感到疑慮。

不銹鋼是近一百五十年前發(fā)明的，至今仍受歡迎。它是通過將鋼鐵本身與鐵和碳（有時(shí)是其他金屬如鎳）的組合進(jìn)行熔煉制成的，并添加了鉻和鉬元素，防止生銹和腐蝕。鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。隨著鉬含量的增加，鋼的高溫強(qiáng)度提高，比如持久，蠕變等性能均獲較大改善。

金屬加工是理解冶金領(lǐng)域的一門深?yuàn)W學(xué)問，復(fù)雜的一系列冷卻，再加上熱處理和軋制等步驟使材料具有緊密堆積的合金晶粒結(jié)構(gòu)，并且顆粒之間具有薄邊界的微觀結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬彎曲或受到應(yīng)力時(shí)，就容易產(chǎn)生裂縫，但是強(qiáng)大的邊界作用可以阻止這些裂縫的發(fā)生，使得材料更加堅(jiān)固，同時(shí)仍然具有足夠的靈活性以形成所需的形狀。

美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）聯(lián)合喬治亞理工大學(xué)和美國俄勒岡州立大學(xué)的阿姆斯國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們通過改變加工參數(shù)和過程控制來提高零件的力學(xué)性能。通過控制激光能量以及采取快速冷卻的過程，科研人員獲得了更加致密的零件加工結(jié)果。

科研人員在316L不銹鋼的3D打印領(lǐng)域取得了“突破”，這是一種常見的“海洋級(jí)”不銹鋼具有低碳組成。在石油管道、發(fā)動(dòng)機(jī)零件和廚房設(shè)備等場合被廣泛使用，通常具有低腐蝕性和高延展性。令人興奮的是，測試表明堅(jiān)固耐磨的3D打印316L不銹鋼可以提供比其他形式的鋼更高水平的強(qiáng)度和延展性，使其有助于化學(xué)設(shè)備、醫(yī)療植入物、發(fā)動(dòng)機(jī)零件以及需要其設(shè)備優(yōu)異物理性能的各種其他應(yīng)用。

賓夕法尼亞州的內(nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)械工程師Rahul Panat表示，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的發(fā)現(xiàn)是非常令人興奮的事情。另外，Panat和他的同事們正在通過市面上購買的3D打印機(jī)來通過這種方法制造更強(qiáng)的金屬。

這種高強(qiáng)度不銹鋼的獲得可以使得3D打印技術(shù)不僅可用于航空航天行業(yè)制造飛機(jī)燃料箱，還可以用于核電廠用來制造高強(qiáng)度壓力管。

3D打印最容易被業(yè)界記住的是無?；约八尫诺脑O(shè)計(jì)自由度。而通過3D打印所實(shí)現(xiàn)的材料制備技術(shù)的提升是當(dāng)前商業(yè)界所容易忽視的地方。所幸的是世界范圍內(nèi)，不少的研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行通過3D打印技術(shù)來提升材料性能的研究。這些研究結(jié)果將進(jìn)一步擴(kuò)展3D打印的市場應(yīng)用空間，刺激金屬3D打印技術(shù)的市場增長。

隨著設(shè)備加工技術(shù)的提升，加之材料的配合以及價(jià)格的合理化，金屬3D打印勢必在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的道路越來越寬。而對(duì)于加工應(yīng)用方來說，要迎接這樣的技術(shù)浪潮，了解金屬3D打印的冶金加工學(xué)就成為必修課。

對(duì)于應(yīng)用端來說，除了設(shè)備的配置這樣的剛性條件，冶金性能方面還與金屬3D打印過程的諸多條件相關(guān)。加工參數(shù)的設(shè)置、粉末的質(zhì)量與顆粒情況、加工中惰性氛圍的控制、激光掃描策略、激光光斑大小以及與粉末的接觸情況、熔池與冷卻控制情況等等都帶來了不同的冶金結(jié)果。

通常來說加工越快，表面粗糙度越高，這是兩個(gè)此起彼長的相關(guān)變量。另外，殘余應(yīng)力是DED以及SLM加工技術(shù)所面臨的共同話題，殘余應(yīng)力將影響后處理和機(jī)械性能參數(shù)。不過，根據(jù)對(duì)冶金方面的駕馭能力，殘余應(yīng)力也可以用來幫助促進(jìn)再結(jié)晶和細(xì)小的等軸晶組織的形成。

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