「前沿技术」采用高频超声的金属3D打印技术

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受澳大利亚研究理事会、欧盟第七框架计划以及欧洲航天局的联合资助，皇家墨尔本理工大学的研究人员通过在金属3D打印过程中施加高频超声波，实现合金晶粒等轴细化。

直接能量沉积技术（DED）是制备大尺寸金属制件的常用方法，但制件内部晶粒通常为尺寸较大的柱状晶，力学性能不足。仅通过工艺参数优化难以实现晶粒的等轴细化，而引入形核剂则会影响合金成分并造成颗粒团聚。为此，研究人员采用了振动频率为20kHz的超声基板，在其上通过激光束直接沉积合金粉末，制备出晶粒等轴细化的合金制件。研究发现：高频超声波引起声空化并加速金属颗粒的流动，从而显著促进凝固过程中的形核和晶粒细化。实验结果表明：TC4钛合金内部晶粒由毫米级的柱状β晶粒转变为粒径约100 μm的等轴晶粒；抗拉强度和屈服强度均提高了12%，其中屈服强度由980 ± 13 MPa增加到1094 ± 18 MPa。

这项研究在提升金属3D打印件性能、开发梯度金属结构方面有显著的应用潜力。

（蓝海星）