Forskere bruger 3D-tryk til at skabe metalliske glaslegeringer i løs vægt

Forskere har nu demonstreret evnen til at skabe amorft metal, eller metallisk glas, legeringer ved hjælp af tredimensionel (3-D) printteknologi, åbner døren til en række forskellige applikationer - såsom mere effektive elektriske motorer, bedre slidstærke materialer, materialer med højere styrke, og lettere vægtstrukturer.

"Metalliske glas mangler de fleste metals krystallinske strukturer - den amorfe struktur resulterer i usædvanligt ønskelige egenskaber, " siger Zaynab Mahbooba, første forfatter til et papir om værket og en ph.d. studerende ved North Carolina State University's Department of Materials Science and Engineering.

Desværre, fremstilling af metallisk glas kræver hurtig afkøling for at forhindre den krystallinske struktur i at dannes. Historisk set, det betød, at forskere kun kunne støbe metalliske glas i små tykkelser. For eksempel, amorfe jernlegeringer kunne ikke støbes mere end et par millimeter tykke. Denne størrelsesbegrænsning kaldes en legerings kritiske støbetykkelse.

"Ideen om at bruge additiv fremstilling, eller 3D-print, at producere metallisk glas på skalaer større end den kritiske støbetykkelse har eksisteret i mere end et årti, " Mahbooba siger. "Men dette er det første offentliggjorte arbejde, der viser, at vi faktisk kan gøre det. Vi var i stand til at producere en amorf jernlegering i en skala 15 gange større end dens kritiske støbtykkelse. "

Teknikken fungerer ved at påføre en laser på et lag metalpulver, smelte pulveret til et fast lag, der kun er 20 mikron tykt. "Byggeplatformen" falder derefter 20 mikron, mere pulver spredes på overfladen, og processen gentager sig selv. Fordi legeringen dannes lidt ad gangen, det afkøles hurtigt – bevarer sine amorfe kvaliteter. Imidlertid, slutresultatet er et solidt, metallisk glasobjekt – ikke en genstand lavet af lamineret, diskrete lag af legeringen.

"Dette er et proof-of-concept, der viser, at vi kan gøre dette, " siger Ola Harrysson, tilsvarende forfatter til papiret og Edward P. Fitts Distinguished Professor of Industrial Systems and Engineering ved NC State.

"Og der er ingen grund til, at denne teknik ikke kunne bruges til at fremstille en amorf legering, " siger Harrysson. "En af de begrænsende faktorer på dette tidspunkt vil være at producere eller opnå metalpulvere af hvilken som helst legeringssammensætning, du leder efter.

"For eksempel, vi ved, at nogle metalliske glas har vist et enormt potentiale til brug i elektriske motorer, reducere spildvarme og omdanne mere strøm fra elektromagnetiske felter til elektricitet. "

"Det vil tage nogle forsøg og fejl at finde de legeringssammensætninger, der har den bedste kombination af egenskaber til enhver given anvendelse, " siger Mahbooba. "For eksempel, du vil sikre dig, at du ikke kun har de ønskede elektromagnetiske egenskaber, men at legeringen ikke er for skør til praktisk brug."

"Og fordi vi taler om additiv fremstilling, vi kan producere disse metalliske glas i en række komplekse geometrier – som også kan bidrage til deres anvendelighed i forskellige applikationer, " siger Harrysson.

Papiret, "Additiv fremstilling af et jernbaseret bulk metallisk glas større end den kritiske støbetykkelse, "er offentliggjort i tidsskriftet Anvendte materialer i dag .