3D网页打印新突破！202历经四年第一篇Science专题讨论！

2024年3D打印手艺范畴第二篇Science文章于2月8日颁发。

来自澳大利亚昆士兰大学（Jingqi Zhang等）、重庆大学（Ziyong Hou 、Xiaoxu Huang）、丹麦手艺大学的结合团队颁发了题为“Ultrauniform, strong, and ductile 3D-printed titanium alloy through bifunctional alloy design（经由进程双功效合金设想完成超平均、高强度且具备延展性的3D打印钛合金）”文章。3D打印制备的钛合金到达926MPa的屈就强度和26%的延展性，完成了强度与延展性的均衡。

研讨背景在金属3D打印进程中，常常会呈现粗大的柱状晶粒和不平均散布的相，致使机器机能不平均乃至较差。研讨触及一种设想战略，可间接经由进程3D打印取得高强且机能分歧的钛合金的方式。研讨标明，在粉末金属夹杂物中增添钼（Mo）加强了相不变性，并进步了3D打印合金的强度、延展性和拉伸机能的平均性。Science同期批评文章指出，该方式无望利用于其余粉末夹杂物，并可以或许或许定制具备加强机能的差别合金。

致使金属3D打印合金机能不平均的首要缘由是：在逐层3D打印进程中，凡是具备10³-10⁸K/s的高冷却速度，在金属粉末融化的熔池边缘和底部四周构成较着的热梯度。热梯度引发沿着新融化资料和上面固体资料之间的界面内涵晶粒发展，晶粒朝熔池中间发展。多层打印进程中的加热和局部重熔轮回终究致使构成大的柱状晶粒和不平均散布的相，这二者都是不但愿呈现的，因为它们可以或许致使各向同性和受损的机器机能下降。

不同彩石基本资料的程度-突出主题性

进步强度和延展性的战略与限定

进步3D打印合金强度和延展性的战略有多种。此中包含优化合金设想、工艺节制、细晶界强化和晶粒微观布局改性，还包含按捺不须要的（脆性）相、引入第二相和停止后处置。今朝，处置柱状晶体和不良相题目的研讨集合在原位掺入元素来转变微观布局和相构成。这类方式还增进了等轴晶体的构成，即沿纵轴和横轴晶粒尺寸大抵相称的布局。原位合金化为降服强度和延展性之间的均衡为题供给了一条有前程的路子，出格是在粉末床熔融和定向能量堆积等3D打印手艺中。

新研讨带来的严重冲破研讨职员这次不利用可以或许致使钛合金中构成脆性金属间共析体的β-共析不变剂元素，而是挑选了来自β-同晶族的Mo [包含铌 (Nb)、钽 (Ta) 和钒 (V)] 用于Ti-5553（Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr）。原位合金化进程中，将钼切确保送到熔池中，在每层扫描时代充任晶体构成和细化的籽晶核。Mo增添剂增进了从大柱状晶向细等轴和窄柱状晶布局的转变。Mo还可以或许不变所需的β相并按捺热轮回进程中相异质性的构成。

Ti-5553钛不锈钢掺Mo定量分析

研讨职员比拟了Ti-5553+5Mo与在L-PBF状况和打印后热处置下出产的Ti-5553（和 Ti-55531和 Ti55511）的屈就强度和断裂伸长率。与制作状况下的Ti-5553及其近似合金比拟，Ti-5553+5Mo显现出相称的屈就强度，但较着进步了延展性。打印后热处置凡是用于均衡L-PBF出产的Ti-5553的机器机能。虽然在某些热处置前提下可以或许完成高屈就强度（>1100 MPa），但延展性凡是会大幅好转，断裂伸长率<10%，这限定了在宁静关头型利用中的利用。比方，作为钛产业中所谓主力的Ti6Al4V，倡议利用的最小断裂伸长率为10%。比拟之下，无需下流热处置，Ti-5553+5Mo资料L-PBF间接打印件就表现出优良的强度和延展性均衡，这使其在在近似合金中锋芒毕露。终究，研讨职员经由进程该战略制作了具备优异机能平均性的资料，屈就强度926MPa，断裂伸长率26%。

绝对Ti-5553，Ti-5553+5Mo的机器机能很是平均且机器机能得以晋升。经由进程微核心计较机断层扫描 (micro-CT)发明，以评价整机品质，两种资料均表现出很是高的密度，总孔体积分数别离为0.004024%和0.001589%。如斯高的密度标明孔隙率不太可以或许致使Ti-5333高度分离的拉伸机能，并且也与Ti-5553+5Mo机器机能的高度分歧性符合。为了揭露Mo增添对晶粒布局的影响，研讨人对Ti-5553和Mo搀杂的Ti-5553停止了电子背散射衍射（EBSD）表征。Ti-5553的微观布局由沿扫描标的目的绝对较大的晶粒构成，表现出很强的晶体织构。在Ti-5553中增添5.0wt% Mo会致使晶粒布局和相干晶体布局发生较着变更。很多藐小的等轴晶粒（直径约20μm）很是较着，沿着Ti-5553+5Mo的扫描轨迹边缘构成。比拟之下，Ti-5553+5Mo的显微机关的特点为沿机关标的目的藐小的等轴晶和窄的柱状晶。对微观布局的细心查抄揭露了藐小柱状晶粒的周期性散布。与Ti-5553中高度织构的柱状晶逾越多层差别，Ti-5553+5Mo中柱状晶的长度标准由熔池尺寸决议，并且晶体织构变得随机且弱 。

由Ti-55535制成的断裂试样的EBSD表征END