供稿人：张菁华 李涤尘 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2021-03-01
基于逐层熔化的金属增材制造技术由于高温加工的影响，存在着残余应力大，零件变形等缺陷，这些缺陷通常会导致较差的机械性能。
冷喷技术是一种用于解决与金属高温加工相关问题的技术，康奈尔大学的的研究人员提出了一种将冷喷技术应用在多孔结构制造中的打印方法，这种方法利用粉末颗粒的动能形成固态键合，克服了金属高温加工存在的缺陷，且具有更高的机械强度。
图1 不同打印条件制备的多孔结构
研究人员将粒径为45微米至106微米的钛合金粉末以600m/s的速度喷射，利用高应变速率动态加载导致的塑性变形和软化，在800℃和900℃温度下进行3D打印，该温度低于钛的熔点1626℃。通过调整喷嘴的横向移动速度，可以控制孔隙率分布，在一定的加工条件下，研究人员得到了机械强度高、孔隙率可控的多孔结构，该多孔结构模量为51.7±3.2GPa，压缩屈服强度为535±35MPa，孔隙率为30±2%。这种方法制造的结构与传统打印技术制造的结构相比，压缩屈服强度高出42%，具有更高的机械性能。
图2 制备的钛多孔结构的细胞实验
细胞实验的结果表明，制造的多孔结构具有良好的生物相容性，这证明了这种方法可应用在制备生物医学植入物。除了生物医学应用外，由于该方法可生产比传统打印技术更高强度的多孔金属零件，有望应用在建筑、交通和能源等领域。