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鋁合金的激光3D打印技術研究進展
3D打印技術正在快速改變傳統的生產方式和生活方式。作為戰略性新興產業，3D打印技術集成了數字化技術、制造技術、激光技術以及新材料技術等多個學科技術
2022-09-09 11:14:22李經理40
3D打印技術正在快速改變傳統的生產方式和生活方式。作為戰略性新興產業，3D打印技術集成了數字化技術、制造技術、激光技術以及新材料技術等多個學科技術。
金屬激光3D打印技術作為整個3D打印體系中比較為前沿和比較有潛力的技術，是先進制造技術的重要發展方向。其中基于自動鋪粉的激光選區熔化成形技術（Selective Laser Melting，SLM）主要特點是加工精度高、后續幾乎不需要機械加工，可以直接制造各種復雜精密金屬零件，實現結構功能一體化、輕量化，在航空航天、生物醫療制造等領域有普遍的應用需求。
目前，SLM技術所應用的材料已涵蓋鈦合金、高溫合金、鐵基合金、鈷鉻合金和少量強度不高的鋁合金等材料體系。鋁合金，作為一種在工業領域有著普遍應用的輕質材料，在SLM領域的需求日益旺盛。但是與其他已經成功應用于SLM的材料相比，鋁合金具有較高的導熱率以及對激光較高的反射率，且合金化程度高，結晶范圍寬，使得其SLM成形存在有很強的熱裂傾向，嚴重限制了其工程應用。
為解決現有SLM成形鋁合金材料的熱裂問題，武漢光電國家實驗室激光先進制造研究團隊的博士生張虎、聶小佳等在朱海紅教授的指導下，從傳統鋁合金材料設計的角度出發，通過在SLM成形鋁合金中添加微量元素的方法，獲得了致密無裂紋的試樣。在成功抑制熱裂紋的同時，SLM成形效率大幅提升；與原有粗大的柱狀晶顯微組織不同，微量元素改性后的組織為1mm量級的等軸晶；在細晶強化和析出強化的共同作用下，極限抗拉強度提升12%。
金屬激光3D打印技術作為整個3D打印體系中比較為前沿和比較有潛力的技術，是先進制造技術的重要發展方向。其中基于自動鋪粉的激光選區熔化成形技術（Selective Laser Melting，SLM）主要特點是加工精度高、后續幾乎不需要機械加工，可以直接制造各種復雜精密金屬零件，實現結構功能一體化、輕量化，在航空航天、生物醫療制造等領域有普遍的應用需求。
目前，SLM技術所應用的材料已涵蓋鈦合金、高溫合金、鐵基合金、鈷鉻合金和少量強度不高的鋁合金等材料體系。鋁合金，作為一種在工業領域有著普遍應用的輕質材料，在SLM領域的需求日益旺盛。但是與其他已經成功應用于SLM的材料相比，鋁合金具有較高的導熱率以及對激光較高的反射率，且合金化程度高，結晶范圍寬，使得其SLM成形存在有很強的熱裂傾向，嚴重限制了其工程應用。
為解決現有SLM成形鋁合金材料的熱裂問題，武漢光電國家實驗室激光先進制造研究團隊的博士生張虎、聶小佳等在朱海紅教授的指導下，從傳統鋁合金材料設計的角度出發，通過在SLM成形鋁合金中添加微量元素的方法，獲得了致密無裂紋的試樣。在成功抑制熱裂紋的同時，SLM成形效率大幅提升；與原有粗大的柱狀晶顯微組織不同，微量元素改性后的組織為1mm量級的等軸晶；在細晶強化和析出強化的共同作用下，極限抗拉強度提升12%。
該研究成果突破了現有SLM技術成形鋁合金的工藝瓶頸，有望加速鋁合金材料在激光3D打印領域的工業化應用。2017年6月，該研究成果“Effect of Zirconium addition on crack, microstructure and mechanical behavior of selective laser melted Al-Cu-Mg alloy”發表在金屬冶金工程領域期刊Scripta Materialia（IF：3.305，DOI：10.1016/j.scriptamat.2017.02.036）。該研究工作得到國家自然科學基金（編號：61475056）的支持。
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