近期，據(jù)相關(guān)報道，麻省理工學(xué)院開發(fā)了一種新的熱處理方法，可以改變金屬3D打印的微觀結(jié)構(gòu)使材料在較熱的環(huán)境中更加堅固和靈活。這種技術(shù)可以使3D打印用于發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣發(fā)動機(jī)的高性能葉片可以打印同時，它可以促進(jìn)新的設(shè)計技術(shù)，這意味著人們也可以獲得更高的能源轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)背景

今天的燃?xì)廨啓C(jī)葉片是通過傳統(tǒng)的鑄造工藝制造的。在這個過程中，熔融金屬被倒入復(fù)雜的模具中并定向固化。這些部件是由地球上一些較耐熱的金屬合金制成的，因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計用來在較熱的氣體中高速旋轉(zhuǎn)和移動動能，從而為發(fā)電廠發(fā)電或噴氣發(fā)動機(jī)提供推力。

現(xiàn)在，人們對3D渦輪葉片的打印和制造越來越感興趣。除了環(huán)境和成本優(yōu)勢外，它還可以使制造商快速生產(chǎn)更復(fù)雜、更節(jié)能的葉片。3D打印渦輪葉片一直存在著不可逾越的障礙：蠕變。

麻省理工學(xué)院航空航天事業(yè)波音職業(yè)發(fā)展教授說“事實(shí)上，這意味著燃?xì)廨啓C(jī)的使用壽命較短或燃油效率較低。”

該教授和他的同事找到了一個改進(jìn)3D打印合金結(jié)構(gòu)的方法是增加額外的熱處理步驟，將3D打印材料的細(xì)顆粒轉(zhuǎn)化為更大的顆?！爸鶢睢?，由于晶粒是一種強(qiáng)微觀結(jié)構(gòu)，可以較大限度地減少材料的蠕變潛力，因?yàn)椤爸迸c較大應(yīng)力軸對齊。研究人員說，這種方法為燃?xì)廨啓C(jī)葉片的工業(yè)3D打印機(jī)掃路。

觸發(fā)微觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換

團(tuán)隊(duì)的新方法是定向再結(jié)晶的一種形式。通過熱區(qū)的熱處理，材料中的許多顆粒以精確控制的速度融合成更大、更強(qiáng)、更均勻的晶體。定向再結(jié)晶技術(shù)發(fā)明于80多年前，已應(yīng)用于變形材料。在他們的新研究中，團(tuán)隊(duì)在3D定向再結(jié)晶法用于打印鎳基高溫合金。研究人員將使用棒狀高溫合金3D打印樣品放置在感應(yīng)線圈正下方的室溫水浴中。

他們發(fā)現(xiàn)，在特定的速度、溫度下拉桿會產(chǎn)生陡峭的熱梯度，導(dǎo)致印刷材料的細(xì)粒度和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

研究結(jié)果

冷卻熱處理棒后，研究人員使用光學(xué)和電子顯微鏡檢查其微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)印刷材料的顆粒被印刷材料覆蓋“柱狀”長晶體區(qū)域取代了晶?；虮仍季Я４蟮枚嗟膮^(qū)域。團(tuán)隊(duì)表示，為了調(diào)節(jié)材料的生長晶粒，可以控制棒材樣品的拉伸速度和溫度，從而創(chuàng)造出具有特定粒徑和方向的區(qū)域。

該教授計劃測試熱處理的3D打印幾何形狀，更接近渦輪葉片。該團(tuán)隊(duì)還在探索加速拉伸速度的方法，并測試熱處理結(jié)構(gòu)的抗蠕變性。然后，通過他們的熱處理方法實(shí)現(xiàn)3D打印的實(shí)際應(yīng)用是為了生產(chǎn)具有更復(fù)雜形狀和圖案的工業(yè)級渦輪葉片。