名古屋大学的研究人员在材料科学领域取得了一个里程碑：开发出一种专为金属3D打印设计的新型铝合金家族。
这项工作发表在《自然通讯》上，证明了增材制造不仅可以用于生产复杂零件，还可以从零开始重新思考合金的设计方式。
铝轻便、坚固且丰富，但存在一个历史性问题：在高温下其强度急剧下降，这限制了其在发动机、涡轮机和持续受热系统中的应用。
为增材制造设计的合金
日本团队不仅仅是改造现有材料，而是为3D打印的极端环境设计合金。结果是：耐热、机械稳定且可回收的合金，由丰富且低成本的元素制成。
其中一种合金即使在300°C下仍保持强度和延展性，这在传统铝材中很难实现。
质疑冶金学的教条
进展的关键在于重新思考冶金学的经典原则。设计基于使用铁，一种传统上在铝中被避免的元素，因为它会使铝变脆且易腐蚀。在正常条件下，这确实如此。但3D打印改变了规则。
在像激光粉末床熔融这样的工艺中，金属熔体以极快的速度冷却，几秒钟内固化。这种超快速冷却产生了亚稳相，在传统制造中不会出现，捕捉原子形成新的结构，具有不同的特性。
成分和科学验证
团队仔细选择了添加到铝中的元素，以增强其内部结构而不牺牲可加工性。除了铁，他们还尝试了与铜、锰和钛的组合，并通过高分辨率电子显微镜验证了他们的预测。
最有前途的合金由铝、铁、锰和钛（Al-Fe-Mn-Ti）组成，结合了高温下的高强度和室温下的灵活性，优于其他3D打印的铝材。
另一个重要细节是：这些合金比传统的高强度铝更容易打印，后者在增材制造过程中通常会开裂或变形。更少的故障，减少浪费。
对移动和能源的潜在影响
这一进展的影响显而易见：使用这些合金可以制造出在高温下运行的轻质组件，如压缩机转子或涡轮机零件，以前需要使用更重或更昂贵的材料。
- 在汽车领域：减少车辆质量意味着在其整个生命周期内降低能耗。
- 在航空领域：轻质且耐热的铝开辟了发动机和辅助系统的新可能性，减少燃料和排放。
- 在能源领域：更高效、更耐用的涡轮机和混合系统零件。
未来设计框架
除了具体应用外，这项工作提供了一个从一开始就为3D打印设计的金属新设计框架，这可以加速多个行业的材料开发。
这些合金可以通过减轻重量而不影响安全性或耐用性，促进更高效的电动和传统移动性。此外，它们适合于一种工业模式，其中本地3D打印减少运输、不必要的库存和过度生产。
这些可回收且耐热合金的发展标志着全球工业的一个战略进步。从中期来看，它可以促进向更简单、可修复和优化的车辆过渡，零件设计完全符合其功能。
由于是可回收铝，确保了生产循环的闭合是可行的，巩固了一个应用于冶金的循环经济模型。
