2024年3D打印技術(shù)領(lǐng)域第一篇Nature文章于2月27日發(fā)表。來自中國科學(xué)院金屬研究所的研究團隊發(fā)表了題為“High fatigue resistance in a titanium alloy via near void-free 3D printing”的文章。

文章認(rèn)為，3D打印的基礎(chǔ)微觀結(jié)構(gòu)具有天然高抗疲勞性，而該性能的降低可能是微孔的存在造成的。常規(guī)消除微孔的努力往往造成組織粗化，而組織再細(xì)化的過程又會帶來氣孔復(fù)現(xiàn)，甚至引發(fā)晶界α相富集等新的不利因素，使微觀結(jié)構(gòu)的進退努力兩難。
中科院團隊在進行熱處理研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵的后處理工藝窗口，高溫下3D打印鈦合金的相變和晶粒生長具有異步性。只要有足夠的過熱度，就會立即發(fā)生α到β相的轉(zhuǎn)變，而雖然已經(jīng)到達(dá)了β相的生長溫度，但晶界需要一段孕育期來重新排列。利用這一寶貴的熱處理窗口，研究人員確定了熱等靜壓與高溫短時間處理相結(jié)合的熱處理方法，既實現(xiàn)了組織細(xì)化，又防止了α相富集以及微孔的重新出現(xiàn)，最終制備出幾乎無微孔的近打印態(tài)3D打印鈦合金。

具有該微觀結(jié)構(gòu)的TC4鈦合金實現(xiàn)了約1GPa的高疲勞極限，超過了當(dāng)前所有增材制造和鍛造鈦合金以及其他金屬材料的抗疲勞性。