熔池凝固不再“听天由命”：这家企业用机械振动把金属3D打印疲劳寿命拉高10倍

[启明增材制造]金属3D打印在熔化粉末方面已经非常成熟，但金属冷却凝固过程中往往充满不确定性。残余应力、开裂、零件间性能波动，以及冗长的热处理与鉴定测试链条，正让这项技术面临量产落地的严峻挑战。

美国初创公司MatterWave联合创始人Alex Tiliță从事金属增材制造研究超过十五年，他指出：疲劳寿命低、重复性差以及需要热处理等问题，都可以追溯到金属冷却时晶体结构的形成方式。

该公司创新研发了一种改造模块Daedalus，安装在金属3D打印机的成型基板处，在熔池凝固时向其施加调谐机械振动，进而实时调控金属的晶体结构。MatterWave报告称，在LPBF模拟焊缝上施加机械振动的早期结果显示，疲劳寿命最高提升10倍。

据Tiliță介绍，Daedalus模块本质上是一组换能器堆叠，在熔池凝固时引入特定频率和振幅的振动，影响晶体的形核与排列方式。频率根据每种材料的热机械性能及其他参数进行调整。

这些振动是声子——光子的机械对应物，由于该模块只需适配成型舱空间，MatterWave表示它几乎可以适配任何金属3D打印机。对于熔化材料的工艺，LPBF和定向能量沉积（DED），效果最为显著。

声子机制影响打印过程中晶体的形核与排列方式

这项技术最大的前景之一，是让目前因易开裂而无法打印的材料变得可用。Tiliță解释说，开裂通常归结于晶体的形成方式。以高碳钢为例，困在晶格中的碳会产生应力，使材料变脆。借助Daedalus，晶体更早形成，让合金元素有时间扩散到晶格之外，从而留下应力更低、更具延展性和弹性的结构。

MatterWave已在EOS M 290上安装了Daedalus，并在一份近期获得的面向航空航天领域的合同下，开始对Inconel 718进行全面鉴定测试。以证明该技术能够减轻热处理和鉴定负担——Tiliță称这是ICAM上业界提出的主要障碍之一。

Tiliță表示，自他2017年发表关于该方法的首项工作以来，世界各地的研究团队已在不同机器、材料和频率范围上对其进行了验证。公司目前正在验证其商业化主张，产品预估在大约两年后发布。

为给大家提供精准的需求对接和服务，启明增材制造交流群正式上线，欢迎大家扫码进群交流探讨↓↓↓。