導(dǎo)讀：隨著汽車行業(yè)對(duì)降低能耗的需求日益增長(zhǎng)，汽車輕量化已成為關(guān)鍵趨勢(shì)。鋁合金以低密度特性成為實(shí)現(xiàn)輕量化的重要材料，但單一材料難以滿足汽車零部件的多樣化需求。因此，結(jié)合鋼鐵和鋁合金的多材料的3D打印零部件，展現(xiàn)了在汽車領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。
 

     2024年12月18日，日本東北大學(xué)(Tohoku University)材料研究中心與新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造孵化中心的研究團(tuán)隊(duì)，已在多材料3D打印技術(shù)領(lǐng)域取得新的進(jìn)展。通過(guò)激光粉末床熔合（LPBF）技術(shù)制造輕質(zhì)且耐用汽車零件，為汽車制造業(yè)帶來(lái)了新的可能性。
 

多材料3D打印技術(shù)憑借其在制造過(guò)程中的獨(dú)特靈活性，已成為增材制造領(lǐng)域備受關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)涉及到不同金屬材料組合時(shí)，例如鋼和鋁。這些金屬界面容易形成脆性金屬間化合物，導(dǎo)致材料雖然變得更輕，但強(qiáng)度卻有所下降。
 

輕質(zhì)高強(qiáng)度鋼鋁合金的多材料3D打印技術(shù)

這項(xiàng)研究的目的是生產(chǎn)一種重量輕但不影響強(qiáng)度的鋼鋁合金。為此，研究團(tuán)隊(duì)采用了激光粉末床熔合（LPBF）技術(shù)，并發(fā)現(xiàn)通過(guò)提高激光掃描速度，可以顯著減少脆性金屬間化合物（例如Al5Fe2和Al13Fe4）的形成。研究者提出，高速掃描引發(fā)的非平衡凝固過(guò)程有助于最小化溶質(zhì)分配，從而降低材料弱點(diǎn)的產(chǎn)生。結(jié)果，最終產(chǎn)品展現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)合界面強(qiáng)度。

東北大學(xué)特聘助理教授Seungkyun Yim強(qiáng)調(diào)：“簡(jiǎn)單地將兩種金屬并置并不能保證它們能夠自發(fā)地結(jié)合。我們必須深入理解原位合金化的過(guò)程。”
 

      依托于這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)成功制造出了他們認(rèn)為是世界上首個(gè)采用定制幾何形狀的全尺寸汽車多材料部件——懸架塔的原型。該研究小組計(jì)劃將這些研究成果擴(kuò)展至其它需要解決類似金屬粘合問(wèn)題的材料組合，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。
    這項(xiàng)研究不僅為多材料3D打印技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)辟了新的道路，也為汽車制造業(yè)的輕量化和性能提升提供了新的解決方案。隨著多材料3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步，預(yù)計(jì)未來(lái)將有更多高性能、輕質(zhì)化的零件被應(yīng)用到汽車及其它工業(yè)領(lǐng)域。

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