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）
