走向商業(yè)化，美加州理工非晶態(tài)金屬3D打印專利獲批

非晶態(tài)金屬（金屬玻璃）又稱非晶態(tài)合金， 它既有金屬和玻璃的優(yōu)點(diǎn)， 又克服了它們各自的弊病．如玻璃易碎， 沒有延展性．金屬玻璃的強(qiáng)度高于鋼， 硬度超過高硬工具鋼， 且具有一定的韌性和剛性， 所以， 人們贊揚(yáng)金屬玻璃為“敲不碎、砸不爛”的“玻璃之王”。

非晶態(tài)金屬集眾多優(yōu)異性能于一身，如高強(qiáng)度、高硬度、耐磨以及耐腐蝕 等。這些優(yōu)異的性能使其在航空航天、汽車船舶、裝甲防護(hù)、精密儀器、電力、 能源、電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都存在廣泛的應(yīng)用前景。近日，美國加州理工大學(xué)通過增材制造技術(shù)來獲得非晶態(tài)金屬的專利獲批，該技術(shù)已與國際上著名的幾家大型企業(yè)開始展開商業(yè)合作對(duì)話。

專利名稱：systems and methods for fabricating objects including amorphous metal using techniques akin to additive manufacturing

非晶態(tài)金屬的特點(diǎn)是其無序的原子結(jié)構(gòu)，被實(shí)現(xiàn)為高效的工程材料，不僅比傳統(tǒng)金屬硬得多，一般比陶瓷材料更硬。也相對(duì)耐腐蝕，并且具有良好的導(dǎo)電性。然而，非晶態(tài)金屬的制造是充滿挑戰(zhàn)的過程，特別是通常需要高于其熔化溫度，并迅速冷卻，使其避免結(jié)晶，從而形成的非晶態(tài)金屬玻璃。制造過程需要非凡的冷卻速度，并限制了它們可以形成的厚度，因?yàn)檩^厚的部分很難被迅速冷卻。

加州理工大學(xué)制造非晶態(tài)金屬的方法為：將第一層金屬合金表面高溫熔融；迅速冷卻這層熔融金屬合金，凝固形成非晶態(tài)金屬的第一層；然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一層的加工。在這個(gè)過程中使用的是“噴涂技術(shù)”應(yīng)用至每一層，包括等離子噴涂、電弧噴涂等方法。“噴涂技術(shù)”可以使用的原材料包括：金屬絲和金屬粉末。根據(jù)通項(xiàng)公司的市場研究，該“噴涂技術(shù)”為DED直接能量沉積3D打印技術(shù)。

冷卻速率與非晶態(tài)金屬特征關(guān)系

隨著加州理工大學(xué)的此項(xiàng)專利獲批，該技術(shù)正式進(jìn)入商業(yè)化階段。無獨(dú)有偶，非晶態(tài)金屬進(jìn)入商業(yè)化成為2017年金屬增材制造界的熱門話題。此前，EOS還投資非晶態(tài)金屬3D打印初創(chuàng)企業(yè)Exmet，Exmet是從2016年起與德國材料巨頭Heraeus集團(tuán)合作研發(fā)非晶態(tài)金屬3D打印技術(shù)，與加州理工大學(xué)所使用的DED技術(shù)不同的是，Exmet在工廠中配備了一臺(tái)EOS M 290 金屬3D打印機(jī)，用于制造高性能的非晶態(tài)金屬零部件。

在國內(nèi)，大連交通大學(xué)研究非晶態(tài)金屬的制造已久，還通過采用熔體噴鑄的方法制備了板狀非晶合金Zr55Al10Ni5Cu3。大連理工大學(xué)通過真空操作環(huán)境中主要利用將工作臺(tái)外側(cè)設(shè)置冷卻液工作池，保證所制備的金屬構(gòu)件始終處于較低溫度，提高金屬構(gòu)件熔池附近的溫度梯度，從而快速高效地?cái)U(kuò)散掉金屬構(gòu)件熔池附近熱量，進(jìn)而避免晶化的發(fā)生。