2022年7月27日，NIMS（國立材料科學研究所）和大阪大學工程研究生院，通過用大半徑平頂激光束照射鎳粉，使用選擇性激光熔化 (SLM) ，成功製造出晶體(ti) 缺陷很少的鎳單晶體(ti) 。

△2017年西門子完成全球首個(ge) 3D打印渦輪葉片試驗，隨著該技術的高速發展，航空迫切需求耐高溫發動機部件解決(jue) 方案

該技術可用於(yu) 製造多種單晶材料，包括用於(yu) 噴氣發動機和燃氣輪機的耐熱材料。

技術難題

根據之前的研究進展，人們(men) 可以使用電子束增材製造製造單晶。然而，該技術需要昂貴的設備，並且由於(yu) 需要真空操作，這種工藝操作成本也很高，從(cong) 而限製了其廣泛使用。盡管可以使用更便宜的設備進行激光3D打印，但以前使用這種技術製造單晶，都已失敗告終。

△(a), (e), (i)顯示了垂直於(yu) BD的截麵上的IPF圖，相應的紋理分別顯示在(c), (g), (k)。(b), (f), (i)顯示了橫跨BD的截麵上的IPF圖，相應的紋理分別顯示在(d, h, l)。所有的IPF都是沿BD軸設置的。

新技術

當用激光束照射金屬粉末原料時，它會(hui) 熔化，形成固液界麵。難以在界麵附近沿相同方向生長晶粒，並防止由它們(men) 的凝固引起的應變誘導缺陷的形成。發現該問題歸因於(yu) 傳(chuan) 統高斯激光束的強度分布（即，激光束在光束的橫截麵上具有鍾形強度），這導致形成由取向較小的晶粒組成的多晶許多晶界。

該研究團隊使用SLM Solutions製造的商用SLM 280 3D打印機，成功地使用平頂激光束製造了單晶，在鎳粉上形成了平坦的熔池表麵。單個(ge) 晶粒以相同的方向生長，具有較少的應變誘導缺陷。沒有晶界的單晶容易開裂，並且在高溫下非常堅固。

△從(cong) 左到右：激光束照射在粉末床上，產(chan) 生的圓柱形單晶物體(ti) 。（右）可以應用平頂激光束形成以相同取向排列的晶體(ti) ，而應用傳(chuan) 統的高斯激光束會(hui) 導致晶粒取向較小

未來發展

這種新技術可以最大限度地減少，晶體(ti) 在凝固過程中的應變產(chan) 生和開裂。此外，該技術不需要使用晶種，從(cong) 而簡化了增材製造工藝。除了鎳，這種激光增材製造技術，還可用於(yu) 將其他金屬和合金加工成單晶物體(ti) 。

△該團隊的研究結果已發表在Additive Manufacturing Letters，題目為(wei) 《通過平頂激光束選擇性激光熔化製造純鎳單晶體(ti) 》https://www.nanjixiong.com/thread-155903-1-1.html

隨著對高溫部件（如噴氣發動機）使用的增加，對通過3D打印開發鎳基高溫合金部件的需求也在增加。由於(yu) 單晶在高溫下比多晶更堅固，因此它們(men) 作為(wei) 耐熱材料的實際應用很有發展前景。最後，使用更便宜和可以廣泛使用的3D打印技術，與(yu) 其他金屬和合金一起使用，加速耐熱噴氣發動機部件的開發，以創建一係列非常適合航空航天和發電應用的單晶體(ti) 。

參考資料：https://doi.org/10.1016/j.addlet.2022.100066