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

發(fā)布日期:2019-01-21 09:55:23

       中國(guó)3D打印網(wǎng)1月20日訊,在一項(xiàng)合作研究中,來自倫敦帝國(guó)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)都是對(duì)齊的。對(duì)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(dòng)機(jī),這是非常好的。然而,這些材料確實(shí)有它們的缺點(diǎn):當(dāng)它們被推到它們的斷裂點(diǎn)時(shí),它們會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的失敗。這是因?yàn)榱芽p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?yàn)樗墓?jié)點(diǎn)是最弱點(diǎn),節(jié)點(diǎn)都是對(duì)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(jī)排列的。通過在節(jié)點(diǎn)之間的各個(gè)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(qiáng)。
        研究小組采用了多晶原子結(jié)構(gòu)模型,對(duì)其進(jìn)行了擴(kuò)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(shí)驗(yàn)表明,具有多晶格子的3D打印物體比標(biāo)準(zhǔn)格子物體強(qiáng)七倍。對(duì)于重新排列某些幾何形狀而言,這是一個(gè)顯著的強(qiáng)度差異,但只有3D打印才能實(shí)現(xiàn)這一發(fā)現(xiàn),因?yàn)閺淖置嫔峡矗瑳]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(duì)增材制造業(yè)具有深遠(yuǎn)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(qiáng)度和韌性的耐損傷建筑材料,同時(shí)還可以改善建筑材料對(duì)外部載荷的響應(yīng)性能。

         倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的Minh-Son Pham博士詳細(xì)闡述了將該工藝與多材料3D打印機(jī)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(jìn)展相結(jié)合,開辟了一個(gè)新的前沿研究開發(fā)新型先進(jìn)材料,這種材料重量輕,機(jī)械強(qiáng)度高,有望推進(jìn)未來的低碳技術(shù)。“

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