迄今為止，朋友們可能已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)了很多研究人員和團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)各種更加適合于3D打印的新材料。但是近日，美國(guó)密蘇里科技大學(xué)（Missouri University of Science and Technology）的科學(xué)家們卻反其道而行之，他們使用3D打印技術(shù)創(chuàng)造了一種全新的材料。
Frank Liou博士和Jagannanthan Sarangapani博士，這兩位分別是該校產(chǎn)品創(chuàng)新、創(chuàng)造以及電氣和計(jì)算機(jī)工程方面的特聘教授。他們一直致力于使用數(shù)字化的增材制造技術(shù)來(lái)創(chuàng)造新的金屬材料，這些材料與現(xiàn)有金屬材料相比具有較強(qiáng)和較輕的性能。而制造這些金屬的工藝涉及到了增材制造成型、傳感器網(wǎng)絡(luò)，以及整個(gè)過(guò)程的無(wú)縫整合。
據(jù)了解，Liou博士和Sarangapani博士一直在開發(fā)的是一種結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬（SAMs），他們主要是由的是直接激光熔融技術(shù)，即使用高能激光逐層熔融金屬粉末，并以此構(gòu)建出3D對(duì)象。目前研究者一直在努力尋找正確的冷卻速度，以使金屬材料非晶態(tài)，也就是說(shuō)在一些小的單元水平（cellular level）上實(shí)現(xiàn)隨機(jī)構(gòu)造，而不是普通的晶體結(jié)構(gòu)。
Frank Liou博士（右）和學(xué)生
而制備非晶態(tài)金屬的意義也正是來(lái)自于這種細(xì)小單元的隨機(jī)構(gòu)造。也就是說(shuō)，這種材料是由眾多微小的碎片，像沙粒那樣，組成的，與普通的金屬相比，它通常更強(qiáng)、更硬，更不容易斷裂。而帶有常規(guī)晶體結(jié)構(gòu)的金屬往往會(huì)沿著它們的微小單元結(jié)構(gòu)的排列方向斷裂，而非晶態(tài)金屬?zèng)]有固定的結(jié)構(gòu)可以打破。Liou博士解釋說(shuō)，“顆粒越小，結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬?gòu)?qiáng)度越高。”
科學(xué)家們希望通過(guò)這項(xiàng)研究，最終創(chuàng)造出比傳統(tǒng)金屬?gòu)?qiáng)度高10倍的新材料，這樣在很多領(lǐng)域都會(huì)降低制造對(duì)象的材料用量，以及制造成本。由于他們的研究，Liou和Sarangapani已經(jīng)拿到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）近15萬(wàn)美元的資助。
除此之外，Liou也一直在進(jìn)行梯度功能材料（FGMs）的研究，這種材料通常結(jié)合了兩種不容易相融的金屬，比如不銹鋼和鈦、銅和鋼等。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，Liou已經(jīng)在與 Joseph Newkirk博士進(jìn)行合作研究，后者是該校材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授。他們的工作得到了美國(guó)宇航局（NASA）Langley中心的支持。
將不同類型的金屬材料結(jié)合起來(lái)，往往會(huì)產(chǎn)生一種新型的金屬，這種金屬材料往往會(huì)兼具兩種原有材料的特性。而為了實(shí)現(xiàn)這種結(jié)合，比如銅和鈦，還需要加入第三種材料以在兩者之間起到介質(zhì)作用。最初產(chǎn)生的新材料將具有銅和鈦的性質(zhì)，可以在構(gòu)建諸如飛機(jī)或飛船的零部件中發(fā)揮作用。
Liou解釋說(shuō)，與結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬（SAM）的開發(fā)類似，F(xiàn)GM也面臨著找到正確的冷卻速度問(wèn)題。他說(shuō)，“這是一個(gè)關(guān)于冷卻速度的競(jìng)賽。如果你能比微型結(jié)構(gòu)形成速度或者化學(xué)反應(yīng)的速度更快，你就能將兩種金屬輕松結(jié)合起來(lái)。”
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