研究人員模仿晶格結(jié)構(gòu),以創(chuàng)建更強大的3D打印元晶材料

Date:2019-01-21 09:55:23

       中國3D打印網(wǎng)1月20日訊,在一項合作研究中,來自倫敦帝國理工學(xué)院和謝菲爾德大學(xué)的研究人員分析了3D打印物體的晶格結(jié)構(gòu),并將其與金屬單晶的結(jié)構(gòu)進行了比較。他們發(fā)現(xiàn)晶格遵循冶金學(xué)原理并幾乎完全復(fù)制金屬的單晶結(jié)構(gòu),其中3D打印晶格的節(jié)點與單晶原子相似,晶格支柱作為原子鍵。
        在兩種結(jié)構(gòu)中,原子平面或晶格情況下的節(jié)點都是對齊的。對于在極端溫度下具有抗變形能力的某些應(yīng)用,例如噴氣發(fā)動機,這是非常好的。然而,這些材料確實有它們的缺點:當(dāng)它們被推到它們的斷裂點時,它們會發(fā)生災(zāi)難性的失敗。這是因為裂縫總是沿著阻力最小的路徑,并且在單晶材料中,它總是直線,因為它的節(jié)點是最弱點,節(jié)點都是對齊的。
        另一方面,多晶材料具有許多晶體,并且它們的原子平面是隨機排列的。通過在節(jié)點之間的各個方向上纏繞的最小阻力的路徑,這種材料中的裂縫將減慢。因此,如果3D打印物體的內(nèi)部晶格可以在多晶結(jié)構(gòu)之后建模,那么理論上這些物體應(yīng)該更強。
        研究小組采用了多晶原子結(jié)構(gòu)模型,對其進行了擴展,并創(chuàng)建了用于3D打印的介觀結(jié)構(gòu);他們稱這些格子為元晶。他們的實驗表明,具有多晶格子的3D打印物體比標準格子物體強七倍。對于重新排列某些幾何形狀而言,這是一個顯著的強度差異,但只有3D打印才能實現(xiàn)這一發(fā)現(xiàn),因為從字面上看,沒有其他制造方法可以產(chǎn)生這些結(jié)構(gòu)。
        謝菲爾德大學(xué)材料科學(xué)與工程系的Iain Todd教授解釋說,“這種材料開發(fā)方法對增材制造業(yè)具有深遠的影響。物理冶金與建筑超材料的融合將使工程師能夠創(chuàng)造具有所需強度和韌性的耐損傷建筑材料,同時還可以改善建筑材料對外部載荷的響應(yīng)性能。

         倫敦帝國理工學(xué)院的Minh-Son Pham博士詳細闡述了將該工藝與多材料3D打印機相結(jié)合的潛力,“這種元晶方法可以與多材料3D打印的最新進展相結(jié)合,開辟了一個新的前沿研究開發(fā)新型先進材料,這種材料重量輕,機械強度高,有望推進未來的低碳技術(shù)?!?/span>

         轉(zhuǎn)載自中國3D打印網(wǎng),中國3D打印網(wǎng)譯自:3ders.org,版權(quán)歸原作者所有