传统3D打印合金的微观结构通常是由细长粗大的柱状晶组成。由于柱状晶的机械性能较差，增大了打印过程出现开裂的趋势，这使得它们在工程应用中受到限制。来自澳大利亚RMIT大学的一项最新研究表明，超声波处理可以改变3D打印金属材料内部微观结构，从而获得比传统3D打印材料更高的强度。相关论文以题为“Grain structure control during metal 3D printing by high-intensity ultrasound”于1月9日发表在Nature Communications。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13874-z

3D打印过程的超声处理示意图

研究人员使用两种主要的商业级合金进行试验：一种通常用于飞机零件和生物机械植入物的钛合金，Ti-6Al-4V；另一种通常用于海洋和石油工业的镍基高温合金，Inconel 625。经过超声波处理的3D打印合金，发现其微观结构发生了明显变化：组织变成了细小等轴晶！说明组织在打印过程是各个方向均匀形成的。

超声波处理前后的显微组织对比

测试结果表明，与常规增材制造的材料相比，超声处理后的3D打印材料强度得到提升，抗拉伸强度和屈服强度提高了12％。

3D打印Ti-6Al-4V合金的力学性能

该团队还发现，在打印过程中简单地开关超声波发生器，就可以获得不同的微观结构和成分的3D打印材料，这种方法非常有利于获得梯度组织材料。

通过打印过程中开关超声波，可以实现晶粒结构的改变

这项研究成果有望推动金属3D打印用超声波设备的发展。同时，尽管文章中主要是针对钛合金和镍基高温合金，该方法有望在不锈钢、铝合金、钴合金等其他商用金属中得到运用。这项技术如果得以推广，将有利于大规模获得性能优异的3D打印金属结构零件或梯度合金。

点击下载论文原文：Grain structure control during metal 3D printing by high-intensity ultrasound.pdf