金屬配件的增材製造（又稱3D打印），通常是使用激光將要加工的金屬配件通過熔化前驅體金屬粉末逐層加工，當然也可以用電子束或者別的定向能源來加工。總之，根據規格參數打印一個零件所必要的東西除了3D打印設備之外，就隻需要根據你的需要選擇的金屬粉末，是吧？

當然不是！

作為(wei) 一個(ge) 對激光技術頗有了解但對增材製造不太了解的人來說，我原本是這樣想的一一3D打印可以用任何金屬的粉末來製造高品質金屬配件。然而，後來事實證明我錯了，我從(cong) HRL Laboratories和加州大學聖芭芭拉分校的研究員發表的論文上得知隻有一小部分經過篩選的金屬粉末能夠可靠地打印出高強度的零件，可用的金屬粉末包括鑄造級的鋁（AlSi10Mg）、鈦合金（TiA16V4）、鈷鉻（CoCr）、和鎳鉻鐵合金718.¹

特定的納米顆粒起到關(guan) 鍵作用

假如HRL的研究人員沒有任何解決(jue) 方案的話，他們(men) 也不會(hui) 在技術論文中論述下麵這些東(dong) 西了，他們(men) 也確實有方案。事實上他們(men) 的方案使極其重要的兩(liang) 個(ge) 係列的鋁合金7075和6061的激光（或者其他能源）增材製造方案變得可行，這兩(liang) 種鋁合金各自多少具有不同的理想物性，兩(liang) 者都在航天航空、汽車工業(ye) 、已經其他工業(ye) 領域裏廣泛使用。HRL的方法同樣可以適用於(yu) 大範圍的有用的金屬合金。

典型的金屬的增材製造的第一步是材料——合金粉末，合金粉末在薄層上添加並用激光（或者其他熱源）加熱使其熔化，然後固化該層。通常，如果使用不可焊接的高強度鋁合金，例如7075和6061係列，加工出來的部件將遭受嚴(yan) 重的熱裂紋，使其像薄餅一樣容易斷裂。

而HRL通過在不可焊接的高強度合金粉末裏添加經過特別挑選的納米顆粒，從(cong) 而解決(jue) 了上述問題。添加了功能性納米顆粒的粉末注入3D打印機，把粉末分層然後激光熔化每一層來建立3D物體(ti) 。在熔化和固化的過程中，納米粒子作為(wei) 合金微觀結構的成核點，防止熱裂紋的產(chan) 生並使在製造的部件保持完整的合金強度。

人工智能幫了大忙

為(wei) 找到正確的納米粒子，HRL的研究員招募了加州的Citrine Informatics的團隊來用其人工智能算法幫助他們(men) 在無數的粒子中搜索哪一顆具有他們(men) 需要的物性的粒子。

針對7075和6061係列鋁所需的納米粒子的搜索得出的結果是鋯納米顆粒，對於(yu) 其他合金，可能對應的是其他不同組合的粒子。

雖然冶金再也不像過去那麽(me) 簡單，但是沒有什麽(me) 是人工智能搞不定的。

參考文獻：

1. John H. Martin et al., Nature (2017); doi:10.1038/nature23894


翻譯/Nick