亞(ya) 琛工業(ye) 大學數字增材生產(chan) 學院(DAP) 的研究人員已開始使用超高速激光材料沉積 (EHLA) 3D 打印技術開發用於(yu) 激光粉末床融合 (PBF) 的新合金。

EHLA最初於(yu) 2017年開發，是弗勞恩霍夫ILT對大容量定向能量沉積(DED) 的嚐試。增材製造技術旨在作為(wei) 金屬零件的塗層和修複方法，並有可能取代當前的腐蝕和磨損保護方法，如鍍硬鉻和熱噴塗。

RWTH調查涉及比較兩(liang) 種印刷技術的工藝特性，在材料能力的可轉移性方麵產(chan) 生了可喜的結果。從(cong) 本質上講，DAP團隊認為(wei) 它可以使EHLA成為(wei) PBF 3D打印的快速合金開發平台。

EHLA 3D打印工藝由Fraunhofer ILT於(yu) 2017年開發，用於(yu) 金屬塗層應用。圖片來源：亞(ya) 琛工業(ye) 大學。

EHLA作為(wei) PBF的合金開發平台

PBF是關(guan) 鍵行業(ye) 中使用更廣泛的增材製造技術之一，使用戶能夠3D打印具有優(you) 化幾何形狀的高強度金屬零件。PBF的一個(ge) 顯著優(you) 勢是它能夠加工傳(chuan) 統製造技術難以解決(jue) 的合金，但DAP團隊確認，由於(yu) 合金開發過程的難度，這種潛力尚未得到充分利用。製造能夠充分利用LBF工藝特性（例如高冷卻速率）的合金既耗費時間又耗費資源。

EHLA具有原位單一粉末供應和類似 PBF 的冷卻速率等工藝質量，具有正確的先決(jue) 條件，使其成為(wei) PBF的出色合金驗證平台，所有這些都以快速和資源高效的方式進行。

光學顯微鏡顯微照片下的EHLA與(yu) PBF熔池。圖片來源：亞(ya) 琛工業(ye) 大學。

比較兩(liang) 種3D打印工藝

首先，DAP研究人員首先確定了影響冷卻速度的相關(guan) EHLA和PBF工藝參數，進而影響打印部件的微觀結構和機械性能。這些發現被用於(yu) 3D打印由高錳鋼 (X30Mn22) 製成的樣品部件。最後，比較了PBF和EHLA產(chan) 生的樣品的微觀結構特性，以確認團隊關(guan) 於(yu) EHLA適用於(yu) 合金開發的假設。

由於(yu) 激光能量源的強度對冷卻速率有重大影響，因此計算並比較了兩(liang) 種3D打印過程的此參數。研究小組發現，PBF中的強度幾乎是EHLA中的14倍，但材料與(yu) 激光束之間的相互作用時間在EHLA中大約高出10倍，因此這些效應相互抵消並導致類似的能量輸入。

此外，該團隊通過測量和比較兩(liang) 組打印樣品中的枝晶臂間距 (DAS) 來確定EHLA工藝速度對冷卻速率的影響。增加EHLA工藝速度會(hui) 降低DAS，這表明工藝速度對冷卻速率也有顯著影響。

研究過程可轉移性的另一個(ge) 指標是能量體(ti) 積密度，這表明兩(liang) 種3D打印技術具有相似的熱平衡。

總而言之，DAP研究人員發現兩(liang) 組打印樣品中的微觀結構相似，並且可以通過修改EHLA的工藝速度等工藝參數來進一步均勻化。因此，他們(men) 得出的結論是，所得的微觀結構和機械性能與(yu) EHLA和PBF相當，使前者成為(wei) 後者的合適合金篩選和開發工具。

就未來的工作而言，該團隊旨在比較打印樣品組的化學成分，並檢查其他工藝參數，例如粒子速度和粉末質量流量。此外，由於(yu) 技術之間能量輸入的差異，還將研究和比較各種合金的蒸發行為(wei) 。

在3D打印樣品中獲得的樹枝狀結構的掃描電子顯微鏡 (SEM) 成像。圖片來源：亞(ya) 琛工業(ye) 大學。

合金開發是增材製造界正在進行的積極研究領域。就在最近，由香港城市大學領導的一組研究人員使用3D打印設計了一種“超強、高延展性和超輕”的新型鈦基合金。科學家們(men) 相信他們(men) 的工作可以為(wei) 新材料開發模式鋪平道路，利用3D打印技術來製造具有適合工業(ye) 應用的結構和性能的合金。

澳大利亞(ya) 國家科學機構CSIRO還開發了一種新工藝，將廉價(jia) 的合金廢料轉化為(wei) 用於(yu) 3D打印的高價(jia) 值鈦絲(si) 。據報道，CSIRO團隊是澳大利亞(ya) 第一個(ge) 以這種方式生產(chan) 鈦絲(si) 的團隊，其產(chan) 品可用於(yu) 製造航空航天部件等3D打印部件。