向商業(yè)化邁進一步，賀利氏開發(fā)非晶態(tài)金屬3D打印齒輪
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， 又克服了它們各自的弊�。绮Ａб姿�， 沒有延展性．金屬玻璃的強度高于鋼， 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、精密儀器、電力、 能源、電子、生物醫(yī)學等領域都存在廣泛的應用前景。
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，因為較厚的部分很難被迅速冷卻。
4月初，金屬材料制造商賀利氏（Heraeus ）發(fā)布了他們通過SLM （選區(qū)激光熔化）3D打印技術制造的非晶態(tài)金屬齒輪。賀利氏表示這是迄今為止全球最大的非晶態(tài)金屬部件，他們正在突破非晶態(tài)金屬的制造界限，為制造業(yè)開辟非晶態(tài)金屬的全新設計可能性。
非晶金屬的全新設計可能性
根據賀利氏，這一3D打印非晶態(tài)金屬齒輪采用緊湊型設計，重量為2千克。由于這種材料所需的高冷卻速率超過1000開爾文/秒，以前只能由非晶態(tài)金屬生產小型部件。
圖：3D打印非晶態(tài)金屬齒輪及粉末材料，來源：Heraeus
賀利氏開發(fā)的3D打印非晶態(tài)金屬齒輪采用拓撲優(yōu)化結構，與傳統(tǒng)制造工藝相比，齒輪重量能夠減輕50％。賀利氏通過SLM 3D打印技術，在非晶態(tài)金屬齒輪的尺寸和設計復雜性方面重新定義了傳統(tǒng)技術的限制，改變了這類材料的設計可能性。
圖：完成打印的非晶態(tài)金屬齒輪，來源：Heraeus
采用賀利氏的特殊非晶態(tài)金屬3D打印材料和SLM 3D打印設備，能夠進行非晶態(tài)金屬粉末的高精度逐層生產。該工藝將減少材料使用，制造拓撲優(yōu)化的復雜減輕化結構，并通過優(yōu)化設計、減少材料使用的方式降低非晶態(tài)金屬整體制造成本。
Review
非晶態(tài)金屬在高科技領域有著非常廣泛的用途。它們擁有能量吸收、防刮擦能力，同時還有很好的彈簧屬性。非晶態(tài)金屬的這些特性使它們可以用做注射噴嘴的隔板、消費類電子產品的外殼 ，或作為揚聲器的半球形高音喇叭。但是受到制造技術的局限，在過去的50年里非晶態(tài)經書的商業(yè)應用也受到了限制。賀利氏集團與瑞典Exmet公司合作研發(fā)非晶態(tài)金屬3D打印技術，有望改變該材料的應用現狀，而賀利氏開發(fā)出的非晶態(tài)金屬3D打印齒輪，意味著非晶態(tài)金屬3D打印部件制造朝著商業(yè)化更進了一步。
與賀利氏合作研發(fā)非晶態(tài)金屬3D打印技術的Exmet公司，是一家致力于非晶態(tài)金屬3D打印的初創(chuàng)企業(yè)，該公司在2017年與德國工業(yè)級3D打印機制造商EOS所屬的風投公司AM Ventures簽訂了投資協議。Exmet與工業(yè)級金屬3D打印設備企業(yè)以及金屬材料制造商的合作，無疑將進一步推進非晶態(tài)金屬3D打印技術的研發(fā)和商業(yè)化。
我國科研院所也在開展對于非晶態(tài)金屬3D打印技術的研究，例如大連交通大學研究非晶態(tài)金屬的制造已久，他們通過采用熔體噴鑄的方法制備了板狀非晶合金Zr55Al10Ni5Cu3。大連理工大學通過真空操作環(huán)境中主要利用將工作臺外側設置冷卻液工作池，保證所制備的金屬構件始終處于較低溫度，提高金屬構件熔池附近的溫度梯度，從而快速高效地擴散掉金屬構件熔池附近熱量，進而避免晶化的發(fā)生。
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