亚琛工业大学数字增材生产学院(DAP) 的研究人员已开始使用超高速激光材料沉积 (EHLA) 3D 打印技术开发用于激光粉末床融合 (PBF) 的新合金。

EHLA最初于2017年开发，是弗劳恩霍夫ILT对大容量定向能量沉积(DED) 的尝试。增材制造技术旨在作为金属零件的涂层和修复方法，并有可能取代当前的腐蚀和磨损保护方法，如镀硬铬和热喷涂。

RWTH调查涉及比较两种印刷技术的工艺特性，在材料能力的可转移性方面产生了可喜的结果。从本质上讲，DAP团队认为它可以使EHLA成为PBF 3D打印的快速合金开发平台。

EHLA 3D打印工艺由Fraunhofer ILT于2017年开发，用于金属涂层应用。图片来源：亚琛工业大学。

EHLA作为PBF的合金开发平台

PBF是关键行业中使用更广泛的增材制造技术之一，使用户能够3D打印具有优化几何形状的高强度金属零件。PBF的一个显着优势是它能够加工传统制造技术难以解决的合金，但DAP团队确认，由于合金开发过程的难度，这种潜力尚未得到充分利用。制造能够充分利用LBF工艺特性（例如高冷却速率）的合金既耗费时间又耗费资源。

EHLA具有原位单一粉末供应和类似 PBF 的冷却速率等工艺质量，具有正确的先决条件，使其成为PBF的出色合金验证平台，所有这些都以快速和资源高效的方式进行。

光学显微镜显微照片下的EHLA与PBF熔池。图片来源：亚琛工业大学。

比较两种3D打印工艺

首先，DAP研究人员首先确定了影响冷却速度的相关EHLA和PBF工艺参数，进而影响打印部件的微观结构和机械性能。这些发现被用于3D打印由高锰钢 (X30Mn22) 制成的样品部件。最后，比较了PBF和EHLA产生的样品的微观结构特性，以确认团队关于EHLA适用于合金开发的假设。

由于激光能量源的强度对冷却速率有重大影响，因此计算并比较了两种3D打印过程的此参数。研究小组发现，PBF中的强度几乎是EHLA中的14倍，但材料与激光束之间的相互作用时间在EHLA中大约高出10倍，因此这些效应相互抵消并导致类似的能量输入。

此外，该团队通过测量和比较两组打印样品中的枝晶臂间距 (DAS) 来确定EHLA工艺速度对冷却速率的影响。增加EHLA工艺速度会降低DAS，这表明工艺速度对冷却速率也有显着影响。

研究过程可转移性的另一个指标是能量体积密度，这表明两种3D打印技术具有相似的热平衡。

总而言之，DAP研究人员发现两组打印样品中的微观结构相似，并且可以通过修改EHLA的工艺速度等工艺参数来进一步均匀化。因此，他们得出的结论是，所得的微观结构和机械性能与EHLA和PBF相当，使前者成为后者的合适合金筛选和开发工具。

就未来的工作而言，该团队旨在比较打印样品组的化学成分，并检查其他工艺参数，例如粒子速度和粉末质量流量。此外，由于技术之间能量输入的差异，还将研究和比较各种合金的蒸发行为。

在3D打印样品中获得的树枝状结构的扫描电子显微镜 (SEM) 成像。图片来源：亚琛工业大学。

合金开发是增材制造界正在进行的积极研究领域。就在最近，由香港城市大学领导的一组研究人员使用3D打印设计了一种“超强、高延展性和超轻”的新型钛基合金。科学家们相信他们的工作可以为新材料开发模式铺平道路，利用3D打印技术来制造具有适合工业应用的结构和性能的合金。

澳大利亚国家科学机构CSIRO还开发了一种新工艺，将廉价的合金废料转化为用于3D打印的高价值钛丝。据报道，CSIRO团队是澳大利亚第一个以这种方式生产钛丝的团队，其产品可用于制造航空航天部件等3D打印部件。