Heraeus展出輕量大件3D打印玻璃金屬,，突破3D打印界限

來源： 3D打印世界

金屬粉末專家Heraeus在芝加哥的Automate 2019展會(huì)上展示了由非晶態(tài)金屬（也稱為玻璃金屬）制成的3D打印齒輪,。齒輪采用標(biāo)準(zhǔn)SLM系統(tǒng)進(jìn)行3D打印,，采用Heraeus的材料,。通過這次全球首發(fā),，Heraeus正在突破3D打印的界限,，為各種行業(yè)開辟全新的設(shè)計(jì)可能性——從自動(dòng)化解決方案和機(jī)器人到航空,、醫(yī)療技術(shù)和汽車行業(yè)。

Heraeus打印的非晶態(tài)金屬齒輪采用增材制造,，重量為2千克,。由于所需的高冷卻速率主要超過1000開爾文/秒，以前非晶態(tài)金屬只能生產(chǎn)小部件,。由于齒輪的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在開發(fā)過程中也得到了優(yōu)化,，因此與傳統(tǒng)制造版本相比，材料和工藝專家能夠?qū)⒅亓繙p輕50％,。Heraeus現(xiàn)在已經(jīng)在尺寸和復(fù)雜性方面重新定義了現(xiàn)有的技術(shù)限制,，徹底改變了設(shè)計(jì)可能性，例如自動(dòng)化行業(yè)和機(jī)器人技術(shù),。

采用Heraeus的特殊材料進(jìn)行高精度的逐層生產(chǎn),，減少材料使用,，減輕重量并降低成本。使用3D打印還可降低總體生產(chǎn)成本,。使用傳統(tǒng)方法,，制造復(fù)雜零件需要許多工藝和制造步驟。必須生產(chǎn)幾個(gè)單獨(dú)的部件再組裝,。但是,，3D打印機(jī)可以在一個(gè)過程中完成此任務(wù)。

非晶金屬是固體金屬材料,，通常是合金,，具有無序的原子級(jí)結(jié)構(gòu)。大多數(shù)金屬在固態(tài)下是結(jié)晶的,，這意味著它們具有高度有序的原子排列,。非晶金屬是非結(jié)晶的并且具有玻璃狀結(jié)構(gòu)。但是與普通玻璃不同,，非晶金屬具有良好的導(dǎo)電性,。非晶態(tài)金屬的特征在于良好的耐腐蝕性，優(yōu)異的耐磨性和聚合物的彈性,。它們還具有軟磁特性,，易于磁化和消磁。

大部分的金屬在冷卻時(shí)都會(huì)結(jié)晶,，把它們的原子排列成有規(guī)則的圖案,，叫做晶格 (lattice)。但如果結(jié)晶不出現(xiàn),，原子便會(huì)隨機(jī)排列(random arrangement),，成為金屬玻璃 (metallic glass)。

普通玻璃的原子也是隨機(jī)排列,，但它不是金屬,。金屬玻璃并不透明，它擁有獨(dú)特的機(jī)械 (mechanical)和磁性(magnetic)特質(zhì),，不易破碎和不易變形 (deform),。它是制造變壓器、高爾夫球棒和其他產(chǎn)品的理想物料,。

目前生產(chǎn)的金屬玻璃是較薄和較細(xì)的,，因?yàn)榻饘倮鋮s時(shí)很快便會(huì)結(jié)晶，所以需要非�,？斓睦鋬�,。美國(guó)約翰斯鶴健士大學(xué)(John Hopkins University)的研究員何納喬(Todd Hufnagel)，正研究如何生產(chǎn)有超級(jí)強(qiáng)力、彈力和磁力特質(zhì),，但是較為大塊的金屬玻璃,。這種新的金屬會(huì)保持固體而不會(huì)在高溫下結(jié)晶，這將會(huì)適于制造引擎零件及軍用武器,。

用鐵造的金屬玻璃是很好的磁性物質(zhì),，而且由于加熱后便變得柔軟，容易鑄造成不同形狀的制成品,。

圖中所見是何納喬利用感應(yīng)熔爐 (induction furnace) ,，很快的將金屬混合物溶化，變?yōu)榻饘俨Ａ?,。金屬玻璃的出現(xiàn)可以追溯到20世紀(jì)30年代,，Kramer第一次報(bào)道用氣相沉積法制備出金屬玻璃，在1950年,，冶金學(xué)家學(xué)會(huì)了通過混入一定量的金屬--諸如鎳和鋯一去顯出結(jié)晶體,，1960年，美國(guó)加州理工學(xué)院的Klement和Duwez等人采用急冷技術(shù)制備出Au75Si25金屬玻璃,。當(dāng)合金的薄層在每秒一百攝氏度的速率下冷卻時(shí),，它們形成金屬玻璃。但因?yàn)橐�求迅速冷卻,，它們只能制造成很薄的條狀物,、導(dǎo)線或粉末。

最近,，科學(xué)家通過混合四到五種不同大小原子的元素,，去形成諸如條狀的多種多樣的金屬玻璃。變化原子大小使它混合而形成玻璃從而變得更韌,。這些新合金的用途之一是在商業(yè)上用來制造高爾夫球棍的頭,。

在國(guó)家科學(xué)基金和美國(guó)軍隊(duì)研究總局的支助下，Hufnagel已建立了試驗(yàn)新合金的實(shí)驗(yàn)室,。他試圖創(chuàng)建一種在高溫下將依然為固體并不結(jié)晶的合金金屬玻璃，使它能成為發(fā)動(dòng)機(jī)零件有用的材料,。該材料也可用于穿甲炮彈等軍事場(chǎng)合,。不象大多數(shù)結(jié)晶金屬炮彈，在沖擊后從平的形狀變?yōu)槟⒐叫螤�,，Hufnagel相信;金屬玻璃彈頭的各邊將轉(zhuǎn)向并給出最好穿透力的削尖射彈,。

制造厚的、笨重形狀的金屬玻璃是困難的,，因?yàn)榇蠖鄶?shù)金屬在冷卻時(shí)會(huì)突然出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象,，制造玻璃，金屬必會(huì)變硬，因?yàn)榫Ц癯尚螘r(shí)會(huì)改變,，從純金屬--諸如銅,、鎳去創(chuàng)建玻璃，它將以每秒鐘一萬億攝氏度的速率下冷卻,。

來源： 3D打印世界