革命性的突破，NASA 3D打印ODS合金 GRX-810可耐高達1000度的高溫
透過NASA開發的氧化物彌散強化中熵合金，看3D打印高溫合金發展一文中分析了3D打印為中/高熵合金的制備方面提供了一條曲徑通幽的解決辦法。為高溫應用量身定制的3D打印合金，NASA開發了氧化物彌散強化介質中熵合金 (LEW-TOPS-151)。近日，NASA宣布其為高溫應用量身定制的另外一種3D打印ODS合金-GRX-810。
3D打印ODS合金
© NASA
耐高溫材料的革命性突破
在3D打印ODS材料開發過程中，模擬工具是必不可少的，集成計算材料工程 （ICME ）通過全面的材料表征和工業相關使用條件下的組件密集測試來補充。該策略可以更深入地了解工藝-微觀結構-特性關系，并量化改進的功能、特性和生命周期評估。
ODS合金的應用
© 3D科學谷白皮書
更持久的性能
NASA 的創新者最近使用3D打印工藝開發了一種新的金屬合金-GRX-810，可顯著提高航空和太空探索中使用的零部件的強度和耐用性，從而實現更好、更持久的性能。
3D打印ODS合金
© NASA
通過GRX-810所3D打印的渦輪發動機燃燒器（燃料-空氣混合器）是在 NASA Glenn中心進行 3D 打印的，這是具有挑戰性的組件之一，可以從應用新的 GRX-810 合金中受益。
NASA 合金 GRX-810 是一種氧化物彌散強化 (ODS) 合金，可以承受超過 2,000 華氏度（1000多攝氏度）的溫度，更具延展性，并且可以比現有的最先進合金長 1,000 倍以上。這些新合金可用于制造用于高溫應用的航空部件，例如飛機和火箭發動機內部的部件，因為 ODS 合金可以在達到斷裂點之前承受更惡劣的條件。
為了開發 NASA 合金 GRX-810，NASA的研究人員使用計算模型來確定合金的成分。然后，該團隊利用 3D打印將納米級氧化物均勻地分散在整個合金中，從而提高了高溫性能和耐用性能。與傳統的制造方法相比，這種制造工藝更高效、更具成本效益且更清潔。
影響和好處
這些合金對可持續飛行的未來具有重大影響。例如，當用于噴氣發動機時，ODS合金的更高溫度和更高的耐久性能轉化為減少燃料消耗并降低運行和維護成本。
3D打印發動機推力室
© 3D科學谷白皮書
這種ODS合金還為發動機零件設計師提供了新的靈活性，例如更輕的材料以及巨大的性能改進。設計師現在可以考慮他們以前無法考慮的權衡，而不會犧牲性能。
突破性性能：材料開發的革命
NASA 的新合金GRX-810在極端溫度下具有增強的機械性能。在 1000攝氏度時，GRX-810 與當前最先進的合金相比表現出顯著的性能改進，包括：
+ 抗壓裂強度加倍
+ 在壓裂前拉伸/彎曲的靈活性是其三倍半
+ 超過 1,000 倍的高溫應力耐久性
根據3D科學谷的了解，這一突破對于材料開發來說是革命性的。新型更堅固、更輕的ODS材料在 NASA 旨在改變飛行未來的過程中發揮著關鍵作用，以前，抗拉強度的增加通常會降低材料在斷裂前的拉伸和彎曲能力，這是3D打印ODS新合金實現革命性突破的發力點。
將增材制造與材料建模相結合
NASA團隊應用熱力學建模并利用 3D打印來開發具有這一突破性性能的新型ODS高溫合金。通過模擬軟件，NASA可以比以前更快地生產出性能更好的新材料，過去需要數年的反復試驗過程，現在需要數周或數月就能發現。
使用熱力學建模（NASA 2040愿景中討論的眾多計算工具之一），該團隊僅在 30 次模擬后就發現了最佳合金成分。與傳統的試錯過程相比，該建模工具可在更短的時間內以更低的成本產生結果。該建模工具還通過向研究人員展示要加入的金屬類型以及每種元素的注入量來避免死胡同。
ODS合金-3D打印研發的熱點
歐洲地平線2020發起了topAM 項目支持開發3D打印ODS氧化物彌散強化合金，該合金由金屬基體（FeCrAl、Ni 和 NiCu）組成，其中散布著小的氧化物顆粒。這些合金將作為3D打印增材制造的粉末生產，并為加工工業提供競爭優勢。
3D打印-增材制造提供了新的材料設計策略和處理方式，這些可能性幫助克服這些材料難以加工的缺點。截至今天，氧化物彌散強化 合金(ODS)允許在極端侵蝕、高溫腐蝕和熱疲勞負載條件下運行。出于這個原因，歐洲地平線 HORIZON 2020的topAM 項目的研究重點是開發 AM-增材制造定制的 ODS 合金和相應的制造工藝，這些工藝將產生具有關鍵延長使用壽命的高性能零件，進而提升相關設備的性能與使用壽命。
目前，根據亞琛工業大學（ACAM亞琛增材制造中心研發成員）通過微觀結構演化模擬軟件進行的有限元法 (FEM) 模擬顯示，在項目中考慮的基礎合金中加入氧化物后，在改善微觀結構方面取得了可喜的成果，項目期待著第一個機械和腐蝕測試結果。
歐洲地平線 HORIZON 2020的topAM 項目的發起的意圖是優化用于增材制造的氧化物彌散強化合金的設計，例如在燃氣燃燒器頭和熱交換器的制造中，因為這些材料在高溫下表現出良好的耐腐蝕性和機械性能。先進的集成計算材料工程方法將幫助合金和工藝開發，結合熱力學、微觀結構和工藝模擬，計算方法有助于最大限度地縮短開發時間、節省原材料使用并延長組件壽命。
ODS合金的開發成為2022年全球3D打印研發的熱點，正如ACAM亞琛增材制造中心在formnext 2021深圳展會discover3Dprinting的3D打印發現之旅論壇上關于《增材制造技術“深潛”-前沿發展趨勢》中所分享的，推動材料開發需要確保大幅減少增材制造新材料設計、開發和取得資格所需的時間和成本。該領域包括開發新的和新穎的計算方法，如基于物理及模型輔助的材料性能預測工具；開發對計算機預測進行驗證所需的通用基準數據，以及針對材料性能表征的新思路，有助于為每一個新的增材制造材料-工藝組合開發設計循環。
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