3D打印技术如何用于制造非晶金属？

非晶态金属（金属玻璃），又称非晶态合金，既有金属和玻璃的优点，又克服了它们各自的缺点。例如，玻璃易碎，没有延展性。金属玻璃的强度高于钢，硬度高于高硬度工具钢，具有一定的韧性和刚度。因此，人们把金属玻璃誉为“玻璃之王”，称之为“不碎不碎”。

　　

非晶态金属具有许多优异的性能，例如高强度、高硬度、耐磨性和耐腐蚀性。这些优异的性能使其航空航天、汽车和船舶、装甲防护、精密仪器、电力、能源、电子、生物医学等领域具有广阔的应用前景。

大连交通大学长期以来对非晶态金属的制备进行了研究，采用熔体喷射铸造法制备了片状非晶态合金zr55al10ni5cu3。本期中，小编将和你们一起观看他们如何使用3D打印技术来制造非晶金属。

目前，铜模铸造法制备的非晶金属尺寸仅为厘米，严重制约了其工程应用。此外，由于非晶金属的室温脆性严重，很难室温下进行加工，因此很难获得精确而复杂的非晶金属部件。

激光3D打印技术加工非晶金属的难点于，基于粉末床的激光3D打印是一种逐点离散熔覆沉积的形成方法，每个点的激光加热面积小，熔池的热量可以迅速扩散到基体上；如果熔池的冷却速率高于印刷金属材料形成非晶态所需的临界冷却速率，则熔体冷凝过程中不结晶，即获得非晶态；逐层沉积可以制备形状复杂、尺寸无限的非晶金属元件。

激光3D打印技术成形金属构件的过程中，熔池附近的热量主要通过制备的金属构件基体向外传递，激光熔池的冷却速度主要取决于金属构件基体内部的温度梯度。对于需要高冷却速率的非晶金属成分的形成，较低的基体温度梯度将使熔池的热量无法快速扩散，导致熔池冷凝过程中结晶，导致无法获得完全非晶的金属成分，降低金属成分的性能。大连交通大学的目标是通过提高熔池的冷却速度，通过激光3D打印形成非晶金属部件。

真空运行环境下，大连理工大学主要利用工作台外部设置冷却剂工作池，保证所制备的金属部件始终处于低温状态，提高金属构件熔池附近的温度梯度，从而快速有效地扩散金属构件熔池附近的热量；以避免结晶。

粉床工作台安装冷却液工作池内，工作台外围由多层循环冷却水管包围，循环冷却水管主体置于冷却液工作池内，循环冷却水管的进出水管穿过冷却液工作池，置于真空手套箱外。

打印过程中，激光3D打印形成的金属部件总是浸入冷却剂中。冷却液液位低于激光打印液位，并保持预设高度。冷却剂液位的上升速率等于激光3D形成的金属部件的堆积速率。从而确保激光熔池的热量能够高效、快速地通过金属成分基体和冷却剂传输。

调节冷却液流量控制阀，控制冷却液液位上升速度，使冷却液液位始终低于激光打印层一定距离，以确保金属部件熔池中的热量能够通过金属部件基体快速流向冷却液；循环冷却水管多层环绕工作台，置于冷却液工作池内，可及时带走冷却液热量，降低冷却液温度。

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