"双金属"3D打印技术可产生强度更高的金属物品

"双金属"3D打印技术可产生强度更高的金属物品简而言之，这涉及到利用一个焊接头来产生一个电弧，使金属线熔化。熔化的金属以连续的层数沉积，逐步建立起所需的物品。每次在一个打印作业中需要不同的金属时，这个过程就必须暂停，以便将一种金属制成的金属线换成另一种金属制成的。为了简化这一过程，由AmitBandyopadhyay教授领导的华盛顿州立大学团队开发了一项新技术，该技术结合了两个市售的焊接头，每个焊接头都装载了不同金属的焊丝。一个焊头最初将一种金属以圆形模式沉积，形成一个环。然后，另一个焊头冲进去，将另一种金属沉积在该环内，使该结构具有坚实的核心。当这两种金属继续冷却时，外环的收缩速度比内芯快。这在两种金属的界面上产生压力，将它们结合在一起。这个过程反复进行，一层又一层，最终形成一个单一的"双金属"柱。到目前为止，科学家们已经创造了双金属结构--例如在一个较温和的钢外壳中包含一个不锈钢核心的柱子--其强度比单独由任何一种金属制成的同等结构强33%至42%。人们希望这项技术最终能够用于制造产品，如抗扭轴、带有冷却核心的航天器部件，周围有耐热外壳，甚至是带有治疗性磁芯的人工髋关节植入物，并包裹在耐用的钛中，这些物品不一定要采取圆柱外形。Bandyopadhyay告诉我们："我们在这项工作中展示的例子是径向结构，即两种材料在径向放置。"[但是]我们应该能够做出任何可以3D打印的设计。"关于这项研究的论文最近发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366879.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366879.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

为什么宁愿用上百万颗铆钉拼接飞机，也不选焊接？

为什么宁愿用上百万颗铆钉拼接飞机，也不选焊接？庞大的机身怎么拼接起来的呢？飞机，作为人类工业文明的明珠，代表着人类文明征服自然的证明，伴随着百多年的发展，逐渐走入我们的生活。铆钉，这个在工业设计与施工中十分常见的物件，在飞机制造过程中扮演着关键的角色。你知道吗？飞机机身的拼接竟然用到了数百万颗铆钉。在飞机的组装过程中，这不起眼的小铆钉被用来连接及加固机身不同的构件以及结构，用来确保整个飞机的完整性和可靠性。它们需要精心设计、制造和安装，并且具有非常重要的功能，可以有效连接和固定各种飞机结构部件，包括机翼、尾翼和机身前中后段等。铆钉在飞机结构中的一些运用。图源：作者由于飞机在飞行过程中需要承受非常大的风压、重力、惯性力等力量。因此，飞机结构部件之间的连接必须非常坚固和可靠。铆钉是一种非常适合飞机制造的连接方式，因为它们可以承受大量的拉伸力和剪切力，并且在不同的温度和湿度条件下保持稳定性。此外，铆钉也具有较小的空间要求，可以在不影响飞机外观和气动性能的情况下完成连接。虽然使用大量的铆钉可能会增加制造和维护的成本，但它们可以提高飞机的可靠性和安全性，并确保在极端的情况下仍能保持完整性。因此，铆钉在飞机制造和维护中仍然是一种不可替代的连接方式。铆钉是如何将机身拼起来的？一般来说，飞机的结构部件是由各种金属材料组成的，包括铝合金、钛合金、不锈钢等。铆钉通过穿过两个或更多结构部件，并在另一侧用铆钉头和钉尾之间的冲击力将它们拉在一起，形成坚固的连接，连接的过程需要铆钉枪或其他专用工具来实现。飞机结构部件通常由预制件构成，这些预制件已经钻好了铆孔。在组装过程中，安装工人将铆钉插入铆孔中，并将铆钉头部分支撑开。然后，用铆钉枪在钉尾上施加力，将钉尾弯曲，使其与结构部件牢固地连接起来。铆钉通常是由与要连接的结构部件相同或相似的材料制成的，以确保在不同的温度和湿度条件下保持稳定性，并提供最大的连接强度。我们可以简单了解下不同材料制成的铆钉在飞机制造过程中的应用：铝合金铆钉：铝合金铆钉是最常用的铆钉之一，因为它们与许多飞机结构部件相似。它们通常用于连接铝合金结构部件，因为铝合金铆钉与铝合金的腐蚀性能相似，可以在飞机的高湿度环境下提供最大的连接强度。铝合金机身蒙皮及其铆钉。图源：作者拍摄钛合金铆钉：钛合金铆钉也是常用的铆钉之一，钛合金铆钉比铝合金铆钉更强硬、更耐腐蚀，并且可以在更高的温度下使用。由于钛合金的价格较高，钛合金铆钉通常用于连接需要更高强度和更耐腐蚀性的钛合金结构部件。如何安装铆钉？说完了铆钉的种类，想必大家对如何安装这些铆钉也很好奇吧。在飞机制造过程中最常用的施工方式是机械铆接技术。热铆和冷铆都是机械铆接技术的一种，它们的主要区别在于铆接时钉的温度。热铆是指在进行铆接时，钉处于高温状态，其温度通常在200~500摄氏度之间。在热铆的过程中，先用火炉或者其他加热设备加热钉，使其处于高温状态，然后将热钉插入两个需要连接的材料之间，待钉冷却之后就完成了铆接。热铆适用于连接高强度的材料，如钛合金等。冷铆是指在进行铆接时，钉处于室温状态。在冷铆的过程中，铆钉通过锤击或者机械加压的方式压入两个需要连接的材料之间，完成铆接。冷铆适用于连接低强度的材料，如铝合金等。总的来说，热铆适用于连接高强度的材料，而冷铆适用于连接低强度的材料。铆接技术的选择需要根据具体的材料、结构和要求来决定的。为什么飞机制造不采用焊接？在我们熟知的机械连接方法中，焊接也是十分常见的，那飞机制造为什么不采用焊接而使用铆接呢？这首先要从两者的区别开始说起。铆接和焊接是连接材料的两种不同的方法，它们的区别主要体现在以下几个方面：连接方式不同：铆接是通过铆钉连接材料，而焊接是通过熔化材料并让它们重新凝固连接在一起。铆接只是在连接处产生一个孔洞，而焊接则是将两个或多个材料融合在一起。材料损伤度不同：铆接可以在不对材料造成过多损伤的情况下完成连接，因为铆钉可以在不加热的情况下压入材料中。相比之下，焊接需要高温来融化材料，这会对材料造成一定的损伤。连接强度不同：焊接通常可以获得更高的连接强度，因为焊接可以在材料中形成均匀的连接。但是在某些情况下，铆接可以获得相同的连接强度。这下大家一定对这小小铆钉有了更多的了解了吧，飞机制造不是一日之功，是由无数前辈先驱在黑暗中不断摸索下才有了现在的样子，小小的铆钉穿针引线般地将飞机机身拼接起来，其中的门道也是别有洞天。同样的，技术不会一直停滞不前，期待将来的技术进步为我们国家的飞机制造事业带来更大的进步。策划制作来源丨上海科技馆作者丨郑寅，地面工程师；王益熙，上海科技馆展教中心科学老师责编丨白莉...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392453.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392453.htm

40年量子之谜迎刃而解："奇异金属"为何如此奇异？

40年量子之谜迎刃而解："奇异金属"为何如此奇异？一种新理论解释了奇异金属的不寻常行为，奇异金属被认为是凝聚态物理学中最大的挑战之一。该理论基于奇异金属的两个特性。首先，它们的电子可以在量子力学上相互纠缠，束缚了它们的命运，而且即使相隔很远，它们仍然会纠缠在一起。其次，奇异金属的原子排列不均匀。资料来源：露西-雷丁-伊坎达/西蒙斯基金会由纽约市Flatiron研究所计算量子物理中心的阿维什卡尔-帕特尔领导的最新研究终于揭示了一种机制，可以解释奇异金属的特性。在8月18日出版的《科学》（Science）杂志上，帕特尔和他的同事们介绍了他们关于奇怪金属为何如此奇怪的通用理论--这是凝聚态物理学中最大的未决问题之一的解决方案。许多量子材料中都存在奇怪的金属表面，包括一些经过微小改变就能成为超导体（在足够低的温度下电子流动阻力为零的材料）的材料。这种关系表明，了解奇异金属有助于研究人员发现新型超导现象。这个简单得令人惊讶的新理论解释了奇异金属的许多奇特之处，例如为什么电阻率的变化与温度成正比--电阻率是衡量电子作为电流在材料中流动的容易程度的指标，即使在极低的温度下也是如此。这种关系意味着，在相同温度下，奇异金属比普通金属（如金或铜）对电子流动的阻力更大。信息图解释了一种新理论，该理论解释了被称为奇异金属的量子材料的奇特性质。资料来源：LucyReading-Ikkanda/Simons基金会新理论基于奇异金属两种特性的结合。首先，它们的电子可以彼此量子力学地纠缠在一起，束缚了它们的命运，而且即使相隔很远，它们也会保持纠缠状态。其次，奇异金属的原子排列不均匀，呈拼凑状。这两种特性都不能单独解释奇异金属的奇特之处，但综合起来，"一切都水到渠成了"，在中央研究院担任Flatiron研究员的帕特尔说。奇异金属原子布局的不规则性意味着电子纠缠的变化取决于纠缠发生在材料的哪个位置。当电子在材料中移动并相互影响时，这种变化增加了电子动量的随机性。电子不是一起流动，而是在各个方向相互碰撞，从而产生电阻。由于电子碰撞的频率越高，材料的温度就越高，电阻也会随之升高。帕特尔说："这种纠缠和不均匀性的相互作用是一种新的效应；以前从未考虑过任何材料会产生这种效应。回想起来，这是一件极其简单的事情。长期以来，人们把奇异金属的整个故事说得过于复杂，这是不对的。"帕特尔说，更好地理解奇异金属可以帮助物理学家为量子计算机等应用开发和微调新型超导体。他说："在有些情况下，有些东西想要超导，但又做不到，因为超导性被另一种竞争态阻挡了。那么我们可以问，这些非均匀性的存在是否会破坏超导性与之竞争的其他状态，并为超导性留出道路？"现在，奇异金属已经不那么奇异了，这个名字似乎也不那么贴切了。帕特尔说："在这一点上，我更愿意称它们为不寻常金属，而不是奇异金属。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378325.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378325.htm

联宝科技：低温锡膏焊接技术可节约35%能耗

联宝科技：低温锡膏焊接技术可节约35%能耗对于电子元件而言，无论是芯片还是电容电阻，都需要依靠锡膏在电路板上形成焊点并紧密连接，从而让每个部件发挥出作用。在相当长一段时间里，含铅的中高温焊锡占据了绝对主流地位，锡63%、铅37%的占比早已成为业界广泛使用的标准。但是传统以锡铅为主要成分的焊料合金，在焊接过程中最高温度可达250℃，不仅会有大量的能耗，而且会挥发大量的有害物质，对人体和环境都会带来相当大的危害。为了更好地解决高温锡膏焊接引发的环境问题，国际电子生产商联盟(iNEMI-国际众多顶级电子供应链厂商和顶尖专家共同组建的行业联盟)在2015年就启动了基于锡铋的低温焊接工艺和可靠性的研究项目，制定了一系列评测和应用标准，让低温锡膏开始走向人们的视野之中。在节能减排的趋势下，低温锡膏作为解决电子产品焊接“高热量高能耗高排放”的有效方案，被大众寄予了厚望。根据联想的消费者调研，用户在勾选影响产品选择的众多因素时，选择绿色低碳的占到了20%，在所有因素中排名第二。据悉，相较于高温锡膏，低温锡膏焊接温度最高仅为180℃左右，焊接峰值温度降低了60℃—70℃。这意味着在焊接过程中，可以降低产品制造环节约35%的能耗，从而进一步降低二氧化碳的排放量。此外，低温锡膏剔除了铅这种有害成分，完全符合欧盟RoHS标准，更加有利于环境友好。此外，伴随着电子产品小型化、轻量化、薄型化的发展趋势，元器件的设计布局越发紧凑，主板的集成度也变得越来越高，低温锡膏焊接可以有效地提升产品的质量。低温锡膏焊接不仅可以有效地消除印刷过程中的遗漏凹陷和结块现象，而且润湿性好，粘贴寿命较长。更重要的是，低温锡膏焊接还能减少主板和芯片的翘曲，同时不易损伤对高温敏感的电子元器件。通过使用低温锡膏工艺，芯片的翘曲率下降了50%，每百万零件的缺陷率也显著降低，进一步提高PC设备的可靠性。联宝科技自建了七十多间不同功能的开发实验室，每一款产品在实现消费级应用之前需要经历上千次的性能验证。同时，使用了低温锡膏焊接技术的芯片切片，会放置在几十万倍显微镜下，观看芯片元素结构细微形态变化，保证焊接质量万无一失。根据国际电子生产商联盟（iNEMI）的预测，到2027年，采用低温焊接工艺的产品市场份额将增长至20%以上。同时，2022年，低温锡膏焊接工艺被评选为“年度绿色产品”，足以证明了其广阔的应有前景。联想表示，愿意将这项业界领先、且绿色环保的创新工艺免费开放给所有厂商，共同推动行业的绿色可持续发展，带动更多制造企业实现低碳化转型。（静静）相关文章:小新笔记本低温锡膏容易脱焊？联想回应：符合标准质量没差异联想的“计划性报废”整个笔记本电脑圈都炸锅了...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348285.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348285.htm

芯片成本更低 三星开发新一代低温焊接工艺 2025年量产

芯片成本更低三星开发新一代低温焊接工艺2025年量产据悉，焊料是一种用于连接封装基板和半导体芯片管芯的材料。与需要200°C或更高温度的传统焊料不同，使用低温焊料可以降低封装工艺成本和不良率。根据国际电子生产商联盟的预测，到2027年，采用低温焊接工艺的产品市场份额将增长至20%以上，低温焊接工艺将成为电子产品焊接工艺的新趋势。同时，低温锡膏焊接工艺也为更多产品集成化拓展了更大的设计自由度和想象空间，将成为助力集成电路产业创新，促进绿色低碳发展的催化器。不过低温焊也引发过争议，因为焊料温度低，消费者认为容易引发元件脱落，导致各种故障，此前已经有笔记本品牌遭遇过这方面的质疑。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353149.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353149.htm