科学家使用3D打印技术开发新型金属材料

近日，美国密苏里科技大学(Missouri University of Science and Technology)的科学家们使用3D打印技术创造了一种全新的材料。Frank Liou博士和Jagannanthan Sarangapani博士，这两位分别是该校产品创新、创造以及电气和计算机工程方面的特聘教授。他们一直致力于使用数字化的增材制造技术来创造新的金属材料，这些材料与现有金属材料相比具有较强和较轻的性能。而制造这些金属的工艺涉及到了增材制造成型、传感器网络，以及整个过程的无缝整合。

据了解，Liou博士和Sarangapani博士一直在开发一种结构非晶态金属(SAMs)，他们采用直接激光熔融技术，即使用高能激光逐层熔融金属粉末，并以此构建出3D对象。目前研究者一直在努力寻找合适的冷却速度，以使金属材料非晶态，也就是说在一些小的单元水平(cellular level)上实现随机构造，而不是普通的晶体结构。

而制备非晶态金属的意义也正是来自于这种细小单元的随机构造。也就是说，这种材料是由像沙粒那样众多微小的碎片组成的，与普通的金属相比，它通常更强、更硬，更不容易断裂。而带有常规晶体结构的金属往往会沿着其微小单元结构的排列方向断裂，而非晶态金属没有固定的结构可以打破。Liou博士解释说，“颗粒越小，结构非晶态金属强度越高。”

科学家们希望通过这项研究，最终创造出比传统金属强度高10倍的新材料，这样在很多领域都会降低制造对象的材料用量，以及制造成本。

除此之外，Liou也一直在进行梯度功能材料(FGMs)的研究，这种材料通常结合了两种不容易相融的金属，比如不锈钢和钛、铜和钢等。

将不同类型的金属材料结合起来，往往会产生一种新型的金属，这种金属材料往往会兼具两种原有材料的特性。而为了实现这种结合，比如铜和钛，还需要加入第三种材料以在两者之间起到介质作用。最初产生的新材料将具有铜和钛的性质，可以在构建诸如飞机或飞船的零部件中发挥作用。

Liou解释说，与结构非晶态金属(SAM)的开发类似，FGM也面临着找到合适的冷却速度问题。他说，“这是一个关于冷却速度的竞赛。如果你能比微型结构形成速度或者化学反应的速度更快，你就能将两种金属轻松结合起来。”