媲美PBF合金強(qiáng)度,，德國(guó)亞琛大學(xué)研究人員利用EHLA技術(shù)開(kāi)發(fā)新合金

2022年2月9日,，南極熊獲悉,，來(lái)自亞琛工業(yè)大學(xué)數(shù)字增材生產(chǎn)（DAP）學(xué)院的研究人員已經(jīng)開(kāi)始使用極端高速激光材料沉積（EHLA）3D打印技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)用于激光粉末床熔融（PBF）的新合金,。

EHLA技術(shù)是FraunhoferILT于2017年針對(duì)大批量定向能量沉積（DED）的而開(kāi)發(fā)的技術(shù),。這項(xiàng)增材制造技術(shù)主要作為一種金屬零件的涂層和修復(fù)方法，并有可能取代目前的腐蝕和磨損保護(hù)方法,，如硬鉻電鍍和熱噴涂,。

RWTH的調(diào)查涉及比較兩種打印技術(shù)的工藝特點(diǎn)，在材料制造能力的可轉(zhuǎn)移性方面產(chǎn)生了積極的效果,。從本質(zhì)上講,，DAP團(tuán)隊(duì)認(rèn)為它可以將EHLA作為PBF3D打印的快速合金開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

△EHLA三維打印工藝是由弗勞恩霍夫ILT在2017年開(kāi)發(fā)的,，用于金屬涂層應(yīng)用,。照片來(lái)自亞琛工業(yè)大學(xué)。

EHLA作為PBF的合金開(kāi)發(fā)平臺(tái)

PBF是制造行業(yè)中使用較為廣泛的增材制造技術(shù)之一,，使用戶能夠3D打印具有優(yōu)化幾何形狀的高強(qiáng)度金屬零件,。PBF的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是它能夠加工傳統(tǒng)制造技術(shù)難以處理的合金,，但DAP團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,，由于合金開(kāi)發(fā)過(guò)程的難度，這一潛力尚未得到利用,。創(chuàng)建能夠充分利用LBF工藝特性（如高冷卻率）的合金既需要時(shí)間,，也需要資源,。

EHLA具有原位單粉末供應(yīng)和類(lèi)似PBF的冷卻速率等工藝質(zhì)量，具有正確的先決條件,，使其成為PBF的一個(gè)重要的合金驗(yàn)證平臺(tái),，所有這些都是在快速和資源效率的方式進(jìn)行的。

△光鏡下的EHLA與PBF熔池的顯微照片,。圖片來(lái)自亞琛工業(yè)大學(xué),。

EHLA和PBF兩種3D打印工藝的比較

首先，DAP的研究人員首先確定了影響冷卻速度的相關(guān)EHLA和PBF工藝參數(shù),，這反過(guò)來(lái)又影響了打印部件的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能,。這些發(fā)現(xiàn)被用于3D打印由高錳鋼（X30Mn22）制成的樣品零件。最后,，對(duì)PBF和EHLA產(chǎn)生的樣品的微觀結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了比較,，以確認(rèn)該團(tuán)隊(duì)關(guān)于EHLA適合于合金開(kāi)發(fā)的假設(shè)。

由于激光能量源的強(qiáng)度對(duì)冷卻率有重大影響,，因此研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算并比較了兩種3D打印工藝的這一參數(shù),。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PBF的強(qiáng)度幾乎是EHLA的14倍,，但材料和激光束之間的相互作用期間大約是EHLA的10倍,，因此這些影響被抵消，導(dǎo)致類(lèi)似的能量輸入,。

此外,，研究小組通過(guò)測(cè)量和比較兩組打印樣品的樹(shù)枝狀臂間距（DAS），確定了EHLA的工藝速度對(duì)冷卻速率的影響,。提高EHLA的工藝速度降低了DAS,，表明工藝速度對(duì)冷卻速度也有重大影響。

調(diào)查工藝可轉(zhuǎn)移性的另一個(gè)指標(biāo)是能量體積密度,，這表明兩種3D打印技術(shù)具有類(lèi)似的熱平衡,。

總而言之，DAP的研究人員發(fā)現(xiàn),，兩組打印樣品的微觀結(jié)構(gòu)是相似的,，可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)（如EHLA的工藝速度）來(lái)進(jìn)一步均勻化。因此,，他們得出的結(jié)論是,，EHLA和PBF所產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能是可比的，使前者成為后者的合適的合金篩選和開(kāi)發(fā)工具,。

就未來(lái)的工作而言,，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是比較打印樣品集的化學(xué)成分，并檢查其他工藝參數(shù),，如顆粒速度和粉末質(zhì)量流,。此外,，由于技術(shù)之間能量輸入的差異，各種合金的蒸發(fā)行為也將被研究和比較,。

△3D打印樣品中獲得的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡（SEM）成像,。圖片來(lái)自亞琛工業(yè)大學(xué)。

合金開(kāi)發(fā)是增材制造界正在積極研究的一個(gè)領(lǐng)域,。就在最近,，由香港城市大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新的鈦基合金，它具有"超高強(qiáng)度,、高延展性和超輕"的杰出性能,。科學(xué)家們認(rèn)為他們的工作可以為新的材料開(kāi)發(fā)模式鋪平道路,，即利用3D打印技術(shù)來(lái)創(chuàng)造具有適合工業(yè)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)和性能的合金,。

澳大利亞的國(guó)家科學(xué)機(jī)構(gòu)CSIRO也開(kāi)發(fā)了一種新的工藝，將廉價(jià)的合金廢料轉(zhuǎn)化為用于3D打印的高價(jià)值鈦絲,。據(jù)報(bào)道,，CSIRO團(tuán)隊(duì)是澳大利亞第一個(gè)以這種方式生產(chǎn)鈦絲的團(tuán)隊(duì)，其產(chǎn)品可用于制造3D打印部件,，如航空航天部件,。