3D列印晶體激發的超材料面世，可用於抗損傷部件

據《3D列印商情》了解

謝菲爾德大學和倫敦帝國理工學院（ICL）的研究人員正在探索金屬合金中的晶體微結構，以提高3D列印部件的耐用性。

作為這項研究的結果，該團隊開發了「元晶」，其中包含了新穎的晶格成分，模仿了單晶的結構——一種材料，其中成分是連續不間斷的，沒有晶界。

「這種材料開發方法對增材製造業具有深遠的影響。」謝菲爾德大學材料科學與工程系的Iain Todd教授說。

「物理冶金與建築金屬材料的融合將使工程師能夠創造具有所需強度和韌性的抗損壞建築材料，同時還能提高建築材料對外部負荷的響應性能。」

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3D列印的元晶體

晶格結構經常在3D列印材料中用作填充圖案，使得組件更輕、更強和更靈活。據研究人員稱，這種結構複製了金屬單晶的結構，因為它保持了均勻的布局，節點都符合規則陣列。

儘管它能夠承受極端溫度下的變形，但據說單晶材料在其機械性能方面存在局限性。例如，結構被壓縮，晶格便從一個或多個節點平面分裂，導致永久變形。

「在多晶材料中——那些具有許多晶體的材料——原子面的排列是隨機的，因此當剪切力在特定方向時，裂紋會在遇到晶體時減慢或停止。」該研究表明。

因此，研究人員開始模仿3D列印格子中的多晶微結構，目的是開發堅固耐用的材料。

演示金屬3D列印

顯示微觀結構的不同方向

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多材料3D列印的進展

通過計算機建模原子結構，該團隊打算改變材料的設計方式。在對由他們的超晶體製成的部件進行實驗測試後，研究人員發現3D列印部件具有高能量吸收性。

與模擬單晶結構的材料相比，多晶類材料能夠承受故障前能量的七倍左右。

ICL材料系助理教授Minh-Son Pham博士解釋說：「這種元晶體方法可以與多元材料3D列印的最新進展相結合，為開發新的先進技術開闢新的研究前沿。材料重量輕、機械堅固，有望推進未來的低碳技術。「

題為《受晶體微觀結構啟發的耐損傷建築材料》的研究論文由Minh-Son Pham，Chen Liu，Iain Todd和Jedsada Lertthanasarn共同撰寫。

多晶結構示意圖

來源：3D列印商情

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