一个通过3D打印制造的轻量化汽车部件的新纪元已经到来，这是由多材料增材制造的进展驱动的。
东北大学材料研究所和新产业创造孵化中心的研究人员在多材料3D打印方面取得了重要里程碑，成功展示了一种制造轻质且坚固的汽车部件的方法。
金属3D打印的技术涉及通过分层金属来构建物体，利用热量将层熔合在一起。这种方法允许创造独特的可定制设计，且通常相比传统制造方法产生更少的废料。3D打印还可以创建“多材料结构”，这些结构通过战略性地结合不同材料来增强部件的性能。例如，通过加入铝，可以使钢部件更轻。因此，掌握3D打印技术正成为研究人员非常追求的目标。
然而，这种创新方法仍面临一些挑战。
东北大学的山中健太副教授表示：“多材料是增材制造中的一个热门话题，因为这一过程的灵活性。然而，实际应用中的一个重大障碍是，某些金属组合，例如钢和铝，在不同金属交汇的地方可能会形成脆性互金属化合物。因此，尽管材料更轻，但它变得更加脆弱。”
这项研究的目标是创造一种轻量化的钢铝合金，同时保持其强度。为此，团队采用了激光粉床熔融（L-PBF）技术，这是一种领先的金属3D打印技术，采用激光选择性地熔化金属粉末。研究人员发现，增加激光的扫描速度显著减少了脆性互金属化合物（如Al5Fe2和Al13Fe4）的形成。他们推测，这种更高的扫描速度导致了一种称为非平衡固化的过程，从而减少了在材料内部形成弱点的溶质偏析。最终产品因此展现出强韧的结合界面。
东北大学特别任命的助理教授尹承均解释道：“本质上，你不能无策略地将两种金属结合在一起，然后指望它们有效地结合。我们需要首先彻底了解原位合金化机制。”
由于这一成就，团队成功创建了世界上第一款全尺度汽车多材料组件（一个悬架塔）的原型，具有特别设计的几何形状。研究人员旨在将他们的发现应用于其他面临类似结合挑战的金属组合，为更广泛的应用铺平道路。
研究结果于2024年11月19日发表在Additive Manufacturing上。
