研究人员开发出具有卓越超弹性的3D打印形状记忆合金

激光粉末床融合是一种3D打印技术，在制造业中具有潜力，特别是在制造具有复杂几何形状的镍钛形状记忆合金时。尽管这种制造技术对生物医学和航空航天领域的应用很有吸引力，但它很少展示使用镍钛形状记忆合金的特定应用所需的超弹性。在3D打印过程中产生的缺陷和施加在材料上的变化使3D打印的镍钛合金中很少出现超弹性。

德克萨斯 A&M 大学的研究人员最近通过激光粉末床融合制造形状记忆合金，展示了卓越的拉伸超弹性，几乎是文献中报道的3D打印最大超弹性的两倍。

这项研究最近发表在Acta Materialia。

镍钛形状记忆合金具有多种应用，因为它们能够在加热或消除施加的应力后恢复其原始形状。因此，它们可用于生物医学和航空航天领域的支架、植入物、手术器械和飞机机翼。然而，开发和正确制造这些材料需要广泛的研究来表征功能特性和检查微观结构。

激光粉末床融合是一种增材制造技术，它提供了一种有效生产镍钛形状记忆合金的方法，为快速制造或原型制作提供了途径。这种技术类似于聚合物3D打印，使用激光逐层熔化金属或合金粉末。逐层工艺是有益的，因为它可以创建具有复杂几何形状的零件，这在传统制造中是不可能的。

大多数镍钛材料无法承受当前的激光粉末床熔合工艺，往往会因大的热梯度和氧化脆性而导致印刷缺陷，如孔隙率、翘曲或分层。此外，激光在打印过程中会因蒸发而改变材料的成分。

为了解决这个问题，研究人员使用了他们在之前的研究中创建的优化框架，该框架可以确定最佳工艺参数，以实现无缺陷的结构和特定的材料特性。

有了这个框架，以及成分和工艺参数的变化，研究人员制造了镍钛零件，在打印条件下（没有制造后热处理）始终表现出 6% 的室温拉伸超弹性。这种超弹性水平几乎是之前在3D打印文献中看到的数量的两倍。

通过3D打印生产具有更高超弹性的形状记忆合金的能力意味着这些材料更有能力处理施加的变形。使用3D打印来开发这些优质材料将降低制造过程的成本和时间。

未来，研究人员希望他们的发现能够增加印刷镍钛形状记忆合金在生物医学和航空航天应用中的使用。? ?

这项研究可以作为如何打印具有所需机械和功能特性的镍钛形状记忆合金的指南。

这项研究由美国陆军研究实验室、国家优先研究计划拨款、卡塔尔国家研究基金和美国国家科学基金会拨款资助。获 取 更多前沿科技?研究 进展访问：https://byteclicks.com

侧展示了镍钛粉末的电子显微照片。研究人员可以使用这种粉末制造 3D 打印部件，例如镍钛晶格（右）。

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