日本科学家首创多材料3D打印技术制造轻质高强汽车部件

东北大学通过3D 打印开发了一种耐用的钢铝合金，利用先进的激光技术克服了脆性挑战，为创新的轻质汽车部件铺平了道路。

东北大学材料研究所和新产业创造孵化场中心的研究人员在多材料?3D 打印方面取得了重大突破，展示了其制造轻质耐用汽车部件的潜力。

金属3D 打印涉及逐层构建物体，利用热量将金属层粘合在一起。与传统制造工艺相比，这种技术提供了非凡的精度，能够创建独特的、高度可定制的形状，同时*大限度地减少材料浪费。

3D 打印的一个关键优势是能够生产“多材料结构”，这些结构战略性地组合不同的材料以优化组件的性能。例如，在汽车零部件中将铝与钢集成可以在保持强度的同时显著减轻重量，在汽车轻量化方面潜力巨大。这些优势使先进的?3D 打印技术成为全球研究人员的焦点，因为它们为制造业的创新带来了巨大的前景。

然而，这种技术确实带来了一些挑战。由于其工艺灵活性，多材料是增材制造领域的一个热门话题，“Kenta Yamanaka 副教授（东北大学）解释说，”实际实施中的一个主要挑战是，对于某些金属组合，例如钢和铝，可以在不同的金属界面处形成脆性金属间化合物，影响部件强度。因此，虽然材料现在更轻，但*终会变得更脆。

克服挑战：激光粉末床熔融（L-PBF）

本研究的目标是生产一种重量轻但不影响强度的钢铝合金。为此，研究团队使用了激光粉末床熔融?（L-PBF），这是一种主要的金属 3D 打印技术，它使用激光选择性地熔化金属粉末。

他们发现，提高激光器的扫描速度会显著抑制脆性金属间化合物（如?Al5Fe2?和?Al13Fe4）的形成。这种较高的扫描速度会导致非平衡凝固，从而*大限度地减少导致材料薄弱点的溶质分配。因此，他们创造的*终产品表现出强大的粘合界面，*终获得兼具轻量化和高强度的钢铝合金。

“换句话说，不能只是把两种金属拍在一起，然后期望它们在毫无计划的情况下粘在一起，”特聘助理教授 Seungkyun Yim （东北大学）说，“我们必须先充分了解原位合金化机制。

基于这一成果，该研究团队成功制作出世界上*具有定制几何形状的全尺寸汽车多材料部件（悬架塔）。该研究团队打算将这些研究成果应用于其他需要改善类似粘合问题的金属组合，从而实现更广泛的应用。

研究结果于?2024 年 11 月 19 日发表在《增材制造》杂志上。

本站部分内容属转载，版权归原作者所有，特此声明！如果侵犯了您的版权请来信告知，我们将尽快删除

相关新闻