研究人员开发新型钛合金 在所有3D打印金属中具有最高的比强度

研究人员开发新型钛合金在所有3D打印金属中具有最高的比强度蒙纳士大学的工程师们开发了一种新的可3D打印的钛合金，其独特的微观结构使其具有超强的强度。它不仅比大多数其他形式的钛强，而且在任何3D打印的金属中具有最高的比强度。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1318329.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1318329.htm

激光可对3D打印金属进行微调 而无需"加热和击打"

激光可对3D打印金属进行微调而无需"加热和击打"三维打印金属通常是用一台机器以细粉的形式铺设薄层金属合金。然后在数字模型的引导下，使用激光或电子束熔化或烧结这层金属，然后再添加一层。打印完成后，多余的粉末被扫除，露出最终产品。通过这种打印技术，可以快速形成非常复杂的形状。问题是，用金属制作的东西不仅仅是形状。金属的物理、化学和机械特性之间也存在复杂的相互作用。如果控制不当，最终产品就可能是废品。一个非常简单的例子就是3D打印刀。我们有可能制造出一种非常奇特的刀片，展现出通常用传统方法几乎不可能实现的曲线和细节，但如果不考虑金属本身的特性，这种刀片可能会像花生脆一样折断，或者软得像黄油一样，无法更好地保持刃口。在制造复杂形状时，这是一个显而易见的挑战。不过，金属工人经过数千年的实践，并在过去几个世纪中借助一些新兴科学的帮助，已经开发出了屡试不爽的控制金属特性的技术。从本质上讲，这涉及到通过不同的加热和击打方法来改变金属的晶体结构。通过控制加热、冷却和锻造，可以对金属的结构进行微调，直到适合手术刀和工字钢等各种材料。这对于形状简单的金属物体来说还不错，但我们不能把复杂的3D打印形状塞进熔炉或用锤子敲打，这样就失去了使用3D打印技术制造金属的初衷。相反，剑桥团队（包括来自新加坡、瑞士、芬兰和澳大利亚的研究人员）选择使用激光在原位改变金属。他们的想法是，激光会选择性地熔化不锈钢制成的物体上的斑点，从而改变其晶体结构。通过这种方式，他们可以使打印金属变得坚固，同时消除这种打印金属容易表现出的脆性。微小尺度的选择性再加热将激光变成了微型锤子。这种技术无法复制传统的金属加工工艺，因此研究小组转而采用一种古老的技术来实现类似的效果。制作高质量剑刃的一种方法是使用两种不同的金属，如钢和铁，然后将它们多次焊接和折叠在一起。这样制作出的剑刃层次分明，两种金属相互映衬，使铸剑师不仅能控制整个剑刃的特性，还能控制特定部分的特性，因此剑刃的中心部分富有弹性，而边缘部分则足够坚硬，可以磨得很锋利。剑桥大学的研究小组也想出了类似的办法，他们交替使用激光处理过的点和未处理过的点。这使他们能够在很大程度上控制物体的最终特性。"我们认为这种方法有助于降低金属三维打印的成本，进而提高金属制造业的可持续发展能力，"团队负责人、剑桥大学工程系的MatteoSeita博士说。"在不久的将来，我们还希望能够绕过熔炉中的低温处理，进一步减少在工程应用中使用3D打印部件前所需的步骤数量"。这项研究发表在《自然通讯》（NatureCommunications）上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395013.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395013.htm

金属/聚合物复合材料使3D打印的纳米结构更加坚固

金属/聚合物复合材料使3D打印的纳米结构更加坚固在一个称为双光子光刻的现有工艺中，激光被照射到液体树脂混合物中。只要该光束的最中心照射到其中一个纳米团块，就会发生化学反应，导致树脂在该特定区域变硬。因此，通过在树脂中精确地移动激光束，有可能建立起非常小而复杂的物体。当用这种特殊材料打印的晶格被测试时，发现它们能够吸收的能量是用其他常用材料打印的晶格的两倍。根据新复合材料制成的格子的类型，一些格子擅长承受重物而不变形，而另一些格子则擅长压扁变形吸收冲击力，然后弹回其原始的无损状态。在打印晶格时，金属纳米簇允许化学反应的发生比在其他利用不同类型的光敏分子的材料中要快得多。即使在复合材料中使用了一些不同的聚合物，也不难注意到这种效果--在一种情况下，当使用一种基于蛋白质的聚合物时，物品的打印速度比以前使用这种聚合物时快100倍。关于这项研究的一篇论文的通讯作者WendyGu助教说："现在人们对设计不同类型的3D结构以获得机械性能很感兴趣。我们在此基础上所做的是开发出一种真正善于抵抗力的材料，因此它不仅仅是三维结构，而且是提供非常好的保护的材料。"这篇论文最近发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336975.htm

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品首先，在3D打印介质中使用木材并不是一个新想法。我们以前还看到过用从木材中提取的纤维素打印出的木质物品，以及用锯末与生物环氧树脂混合制成的3D打印吉他。麻省理工学院的科学家甚至正在开发一种方法，将实验室培养的木材培育成预定的三维形状。然而，休斯顿莱斯大学的研究人员声称，他们是第一批用完全由木材天然成分组成的材料3D打印出真正木制物品的人。除了水之外，粘稠的墨水还包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和木质素--后者是一种有机聚合物，构成了包括树木在内的植物的大部分支撑组织。纤维素和木质素都可以从林业、建筑业和消费品行业产生的木材废料中获取。木墨是通过一种称为直接墨水写入（DIW）的3D打印工艺来连续分层构建物体的。这与常用的熔融沉积建模（FDM）技术类似，熔融材料从喷嘴中挤出，冷却后硬化。在DIW技术中，材料不是冷却，而是通过烧结工艺变成固体形式。对于木质油墨来说，烧结过程包括在-85ºC(-121ºF)温度下冷冻干燥印刷物体48小时，然后在180ºC(356ºF)温度下加热20至30分钟。加热步骤将木质素转化为一种"分子胶"，将纤维素纤维和晶体结合在一起。部分3D打印木制品，包括一张小桌子和一把小椅子据报道，用这种材料打印出来的小物件在外观、结构、质地、热稳定性甚至气味方面都与天然木材十分相似。它们在机械强度上也比天然轻木更强，天然轻木在研究中被用作基线。还有一个额外的好处，就是它们在废弃后可以生物降解。但更重要的是，用油墨打印物品时，只使用打印该物品所需的油墨量。相比之下，用天然木块雕刻或碾磨物品时，去掉的所有木料都会被浪费掉。首席科学家穆罕默德-拉赫曼（MuhammadRahman）副教授说："直接利用自身天然成分创建木结构的能力为更加环保和创新的未来奠定了基础。它预示着一个可持续3D打印木结构的新时代。"科学家们承认，该过程中的冷冻干燥和加热步骤需要大量能源，因此他们正在探索替代方法。他们的研究论文最近发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424440.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424440.htm

新工艺帮助3D打印的金属部件承受高温环境

新工艺帮助3D打印的金属部件承受高温环境在ZacharyCordero教授的领导下，麻省理工学院的一个团队已经开发出一种热处理工艺，使这些晶粒变大，从而不容易发生蠕变。这是一种被称为定向再结晶的现有技术的变种。在实验室测试中，3D打印的镍合金棒最初被放置在一个感应线圈正下方的室温水浴中，然后以不同的速度缓慢地通过线圈向上拉。这样做将每根棒的一部分加热到1200ºC至1245ºC（2192ºF至2273ºF）的温度，从而在线圈和水之间的金属内产生一个陡峭的热梯度。这种梯度反过来导致金属的微观晶粒转变为大得多的"柱状"晶粒。正如这个词所暗示的那样，新的晶粒采取了柱子的形式，与金属内最大应力轴对齐。最佳效果发生在1235ºC（2255ºF）的温度和每小时2.5毫米的拉伸速度下，并且科学家正在努力提高这一速度，其他组合可能对其他金属有更好的效果。事实上，根据3D打印部件的预期用途，通过在处理过程中改变温度和速度，可以在单个项目中改变晶粒结构。研究人员现在计划在类似于燃气轮机或喷气发动机叶片的结构上测试该技术，这些叶片必须承受持续的机械应力和高热。如果它们确实被证明不容易发生蠕变，它可能为更好、更有效的设计铺平道路。Cordero说："新的叶片和风向标的几何形状将使陆基燃气涡轮机以及最终的航空发动机更加节能。从基线的角度来看，这可能会带来更低的二氧化碳排放并提高这些设备的效率。"关于这项研究的论文最近发表在《增材制造》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333023.htm

MIT与ETH共同研发的Inkbit技术可一次性3D打印复杂的多材料物品

MIT与ETH共同研发的Inkbit技术可一次性3D打印复杂的多材料物品Inkbit用于打印这只功能性机器人手，它配有骨骼、韧带和肌腱。图/苏黎世联邦理工学院/托马斯-布赫纳更高级的3D喷墨打印机仍然是层层堆积，但它们利用多个喷嘴同时沉积多种类型的聚合物树脂。然后用紫外线固化树脂，再用集成刮刀刮掉层与层之间的棱角。在整个印刷过程中，这种固化和刮削过程都在快速、持续地进行。如果其中一种树脂的固化速度比其他树脂慢得多，情况就会变得更加棘手。在这种情况下，如果刮刀移动得足够快，以保持印刷作业快速进行，仍然柔软的树脂就会涂抹在上面。它还会附着在刮刀上，使其胶结。这就是Inkbit系统的用武之地。Inkbit还被用于3D打印腿部机器人和可吸收振动的超材料。 Inkbit由苏黎世联邦理工学院（ETH）研究所和麻省理工学院（MIT）的科学家合作开发，它摒弃了刮刀。取而代之的是，它采用了一种名为视觉控制喷射的技术，通过四台高帧频相机和两台激光器对被打印物体的表面进行连续扫描。这些扫描用于绘制复杂的物体深度图，每一层上的任何瑕疵都会在沉积后立即被记录下来。在沉积下一层时，喷嘴的流速会进行调整，以补偿这些瑕疵，从而实现层与层之间的平滑过渡。这样，固化较慢的树脂就有机会硬化，成品上就不会出现脊纹。手部的3D电脑模型，显示不同颜色编码的材料布赫纳TJK等人，《自然》，2023年在一次技术演示中，研究人员利用这项技术打印出了一只高度精细的机器人手，并配有仿真骨骼、韧带和肌腱。值得注意的是，这只手是在一次连续打印作业中完成的，由刚性和弹性聚合物树脂制成，它们以不同的速度固化。无需打印后组装。Inkbit公司是麻省理工学院的衍生公司，目前正在接受商业客户的打印任务。更多信息请见下面的视频。有关这项技术的论文最近发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397561.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397561.htm