熔絲制造技術(shù)3D打印塊體非晶合金

近年來(lái)，基于熔絲制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱塑性塑料的3D打印，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一項(xiàng)相當(dāng)成熟的制造手段。相較之下，金屬材料的3D打印仍然面臨著諸多限制與挑戰(zhàn)。

①連續(xù)打印而成的塊體非晶部件。②間斷打印而成的塊體非晶部件。③上述兩種打印方式能夠得到緊實(shí)、不含孔洞的部件。④圖三的放大圖像。

從可加工性角度而言，金屬與塑料之間如此懸殊的差距，主要是由于常見(jiàn)的金屬缺乏良好的熱塑性。另一方面，塊體非晶材料作為一種特殊的金屬合金，卻擁有著與塑料相似的熱塑性質(zhì)。將其加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之上后，其能逐漸軟化，因此在較低的壓力之下即可發(fā)生變形，從而彌合了金屬與塑料在可加工性能方面的差距。

盡管如此，目前塊體非晶的3D打印仍然主要基于傳統(tǒng)的粉床熔融技術(shù)，能否基于塊體非晶特有的熱塑性簡(jiǎn)化其3D打印工藝，成為了一個(gè)亟待探討的課題。

近日，耶魯大學(xué)教授Jan Schroers課題組利用廣泛應(yīng)用于熱塑材料3D打印的熔絲制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了Zr基大塊非晶的3D打印。經(jīng)由3D打印技術(shù)得到的非晶部件結(jié)構(gòu)緊實(shí)，且仍然保持著無(wú)定型態(tài)，未觀察到晶化現(xiàn)象。

與常見(jiàn)的金屬3D打印技術(shù)相比，利用熔絲制造技術(shù)3D打印的塊體非晶擁有顯著優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需真空或保護(hù)氣氛環(huán)境；免去了激光源或電子束源帶來(lái)的能源消耗；無(wú)需制備非晶粉末或燒結(jié)，簡(jiǎn)化了加工流程；提升了打印速度，達(dá)到了10mm3/s。

這項(xiàng)技術(shù)成功的關(guān)鍵在于，塊體非晶本身所具有的熱塑性能，以及層與層之間的冶金結(jié)合。拉伸試驗(yàn)結(jié)果顯示，利用這項(xiàng)技術(shù)加工得到的塊體非晶部件，其強(qiáng)度超過(guò)了以往3D打印塊體非晶的最高紀(jì)錄，足以躋身于金屬3D打印所能達(dá)到的最高強(qiáng)度之列。

除此之外，熔絲制造技術(shù)加工時(shí)無(wú)需真空或惰性氣體環(huán)境，同時(shí)相對(duì)較低的加工溫度也避免了非晶重熔而可能引起的再結(jié)晶及熱收縮。該研究表明，熔絲制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)塊體非晶3D打印的有效手段，有望推動(dòng)塊體非晶3D打印技術(shù)的快速發(fā)展。

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