通过3D打印实现高性能钛合金的创新设计

由城大科学家领导的一项研究利用增材制造(俗称3D打印)成功开发了一种超强、高延展性和超轻的钛基合金。他们的发现开辟了一种新的方法，为各种结构应用设计具有前所未有的结构和性能的合金。

研究小组由香港工程大学特聘教授及香港城市大学香港建筑师学会高级研究员刘连军教授领导。材料科学与工程系(MSE)博士后张天龙博士进行了一项实验。他们的论文最近发表在著名科学期刊《科学》上，作者也是城市大学校长郭伟，题目是《先进钛合金的原位设计与增材制造中的浓度调制》。3D打印：不仅仅是一种成型技术

大多数人认为3D打印是一项革命性的技术，只需一步就能生产出形状复杂的机器零件。“然而，我们发现它在设计材料而不是简单地设计几何形状方面具有重要的潜力，”张博士说，他今年早些时候在刘教授的指导下完成了城市大学的博士学位。

冶金学家倾向于认为，合金成分缺乏均匀性是不可取的，因为这会导致不希望的性能，如脆性。增材制造工艺的关键问题之一是如何在快速冷却过程中消除这种不均匀性。但张博士前期的建模与模拟研究发现，成分中一定程度的非均匀性实际上可以产生独特的非均匀显微组织，从而增强合金的性能。因此，他试图利用增材制造将这些模拟结果变成现实。设计独特的微结构

“增材制造的独特功能为我们设计微结构提供了更大的自由度，”张博士解释道，他也是该论文的第一作者。“具体来说，我们开发了一种部分均匀化方法，通过3D打印的方式可以生产出微米级浓度梯度的合金，这是任何传统材料制造方法都无法实现的。”

他们提出的方法包括用聚焦激光束熔化和混合两种不同的合金粉末和不锈钢粉末。通过控制3D打印过程中的激光功率和扫描速度等参数，该团队成功地以可控的方式创建了新合金中元素的非均匀成分。