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開發(fā)具有中空通道的3D打印超材料是墨爾本理工大學(xué)馬前教授團隊的重要研究方向，并在鈦合金空心支柱晶格（HSL）超材料方面取得重要研究進展饵沧，其表現(xiàn)出比實心支柱晶格 (SSL) 高得多的結(jié)構(gòu)效率补屎，拓展了輕質(zhì)多功能金屬材料的邊界会通。但研究人員指出麸河，所開發(fā)的鈦合金超材料并非一直都是最佳的選擇席爽，因為鈦合金粉末仍然很昂貴凌外。
鋁合金在機械強度末早、較低密度和降低成本之間提供了折衷诬辈，同時還具有高耐腐蝕性，從而也能成為超材料開發(fā)的重要備選材料荐吉。3D打印技術(shù)參考注意到焙糟，該課題組于近日新報道了復(fù)雜AlSi10Mg空心支柱晶格超材料的3D打印制備及其力學(xué)性能研究。
(a) FCC 和 (b) FCC拓撲空心支柱晶格模型沉享。(c) FCC_1B涉佑、(f) FCCZ_1B、(d) FCC_2B顶质、(g) FCCZ_2B淮超、(e) FCC_3B 和 (h) FCCZ_3B。藍色代表空心支柱墻文黎，而淺紅色代表內(nèi)部輪廓
內(nèi)部橫截面的 μCT 表征耸峭，取自每個 AlSi10Mg 空心支柱晶格的第一晶胞層的中心
(a) 相對屈服強度和 (b) 相對彈性模量與相對密度：AlSi10Mg 空心支柱晶格與 Ti-6Al-4V劳闹、Inconel 625、SS316L洽瞬、CoCr 和 AlSi10Mg 實心支柱晶格的比較
研究發(fā)現(xiàn)本涕，使用簡單高效的雙邊界掃描策略，可以通過LPBF技術(shù)制造具有高保真內(nèi)部和外部輪廓以及可忽略不計的容留獲粉末的復(fù)雜AlSi10Mg空心支柱晶格結(jié)構(gòu)伙窃。然而菩颖，若要實現(xiàn)完整打印且不會殘留粉末，最小壁厚為0.4毫米为障，最小內(nèi)徑為0.7毫米晦闰。
壓縮測試表明，所制造的AlSi10Mg空心支柱晶格結(jié)構(gòu)（HSL）達到了Gibson-Ashby模型相對屈服強度的經(jīng)驗上限鳍怨，與實體支柱晶格結(jié)構(gòu)相當(dāng)散烂。而具有相當(dāng)相對密度的Ti-6Al-4V、AlSi10Mg和SS316L的固體支柱晶格(SSL) 通常低于該上限估横。此外变钙，空心支柱晶格在絕對密度低得多的情況下，絕對屈服強度台筷、彈性模量均與實體支柱晶格相當(dāng)挥棒，從而開發(fā)出了基于AlSi10Mg空心支柱晶格的具有輕質(zhì)和高效結(jié)構(gòu)的超材料。
研究團隊3D打印的AlSi10Mg空心支柱晶格
此外凸窖，AlSi10Mg空心支柱晶格的屈服強度與此前報道的等效拓撲Ti-6Al-4V空心支柱晶格比較時，會觀察到幾乎完美的相關(guān)性霹补，表明空心支柱晶格的高結(jié)構(gòu)效率取決于拓撲結(jié)構(gòu)而不是材料天证。考慮到材料成本低、耐腐蝕性好和密度低十匆，AlSi10Mg空心支柱晶格有望找到良好的潛在應(yīng)用哀买。
潛在應(yīng)用領(lǐng)域分析
鋁合金超材料因其獨特的性能和優(yōu)勢，在多個領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力柬赐。
首先亡问，鋁合金晶格超材料的高強度、輕質(zhì)化特性使其成為航空航天領(lǐng)域的理想選擇肛宋。它可以用于制造飛機州藕、火箭和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)件，提高飛行器的整體性能和效率酝陈。
其次床玻，在汽車制造中，鋁合金晶格超材料的應(yīng)用有助于提高汽車的性能和安全性沉帮⌒馑溃可以用于制造汽車的車身結(jié)構(gòu)、底盤和懸掛系統(tǒng)穆壕，實現(xiàn)汽車的輕量化待牵。
第三，在電子領(lǐng)域喇勋，由于鋁合金晶格超材料具有良好的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)性能缨该，在電子領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多∨醒罚可以用于制造電子設(shè)備的散熱器摆采、導(dǎo)線和其他關(guān)鍵部件，進一步提高設(shè)備的散熱性能舀鼎，并增加其可靠性和穩(wěn)定性选从。
第四，在高性能運動器材制造領(lǐng)域园桑，鋁合金晶格超材料的高強度麦咪、輕質(zhì)化特性使其在高性能運動器材制造中備受青睞。例如塔端，它可以用于制造自行車框架娄勒、高性能滑雪板、帆船桅桿等，提高器材的性能和耐用性馋奠。
第五屎洒，在微機電系統(tǒng)領(lǐng)域，鋁合金晶格超材料在微機電系統(tǒng)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用丰吐。由于其微小的晶格結(jié)構(gòu)和良好的機械性能虑稼，為微機電系統(tǒng)的發(fā)展提供有力支持。
需要注意的是势木，鋁合金晶格超材料的具體應(yīng)用還取決于其晶格結(jié)構(gòu)蛛倦、制備工藝以及性能優(yōu)化等因素。隨著科技的不斷進步啦桌，鋁合金晶格超材料的應(yīng)用領(lǐng)域還將進一步拓展溯壶，為各個行業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和發(fā)展機遇。
