應用更多元,耶魯團隊用金屬玻璃 3D 列印出金屬物體

作者 | 發布日期 2018 年 09 月 10 日 21:35 | 分類 3D列印 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

過去十年間,3D 列印技術已逐漸成熟,在醫療保健、航空工程等產業上都有其應用,但因為材料仍有其限制,近日耶魯大學(Yale University)和麻省理工團隊展示了一種新的 3D 列印方法,成功運用塊狀金屬玻璃(BMGs)材料列印出金屬物體。



這項研究最近已經刊登在《Materials Today》期刊上。領導研究的耶魯機械工程與材料科學教授 Jan Schroers 指出,許多使用熱塑性塑膠材料的 3D 列印已非常先進,相較之下,因為金屬通常不會以易於擠出的狀態存在,使用金屬材料的 3D 列印仍舊充滿挑戰。

與傳統金屬不同,塊狀金屬玻璃在熱力學上有著穩定且寬的過冷液態區間,還可以在加熱時能夠持續軟化──這是熱塑性塑膠中會有的現象,而不是傳統金屬。

過去曾有類似金屬零件的製造使用粉體熔化成型技術(Powder Bed Fusion),利用了高度局部化的加熱源將粉末金屬塑造成所需的結構,然而這種方法昂貴且複雜,經常也無法產生所需的性質。

相較之下,Schroers 與其團隊研究的方式已經證明能使用塊狀金屬玻璃做為材料,透過熱塑性 3D 列印製造高強度的固體金屬零件,而團隊也大大降低了其中涉及的成本和資源,這將為未來材料和工程應用提供更多選擇。

根據了解,團隊運用的塊狀金屬玻璃是由鋯、鈦、銅、鎳和鈹所製成,已充分表徵並易於獲得,合金配方為:「Zr44Ti11Cu10Ni10Be25」。

在製造過程中,團隊使用直徑 1 毫米、長度 700 毫米的材料棒,運用 460°C 擠出溫度和 10~1,000 牛頓的擠出力來讓軟化的材料通過 直徑 0.5mm 的噴嘴至 400℃ 的不銹鋼網中,由於在至少一天以內不會結晶,這段期間內將可控制機器人操作以產生所需的物體。

想當然的,塊狀金屬玻璃的 3D 列印技術要能夠廣泛應用還得面臨許多挑戰,Schroers 指出,除了必須讓各種實用的 BMG 原料可用,要讓熔絲製造能夠在商業上使用,層間粘合也必須更加一致可靠。

「在這次的研究中,我們已經從理論上證明可以使用一系列金屬玻璃(BMG)來製造,未來會致力於使這項技術更加實用和商業化,使金屬的 3D 列印就像熱塑性塑膠材料的使用一樣簡單實用。」

(首圖來源:School of Engineering & Applied Science | Yale University

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