未來金屬製造的關鍵！3D列印機械性能新發現

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2024/01/29 未來金屬製造的關鍵！3D列印機械性能新發現

最近有科學家以數學模型來改進液態金屬鑄造，可防止氧化，並提升輕金屬3D列印的效能！一起來看看這是怎麼辦到的吧！

阿斯頓大學的金屬列印研究

利用數學改良液態金屬鑄造
目前，運輸業正逐漸將傳統鋼材替換成更輕的合金，這些合金不容易生鏽，但初次暴露於環境時，會快速氧化，影響品質和使用壽命，為了克服這個問題，科學家研究出集中在合金表面形成的薄氧化膜。

雖然薄膜可提供保護，但在鑄造的過程中，液態金屬流中的氧化膜可能會嵌入產品，降低品質，因此更了解這氧化過程的控制，才能降低生產成本，而研究中的數學模型發展，則能準確描述液態金屬流和氧化層之間的動力學，提供新的見解和實用性驗證。

金屬鑄造的過程

金屬積層製造研究
這並不是第一次改進金屬積層製造的研究，去年，多個機構包括美國國家標準與技術研究所(NIST)和瑞典KTH皇家理工學院的研究人員宣佈，在了解雷射粉末床熔化過程中冷卻的速率，如何影響金屬性能方面，取得突破性的進展。

金屬3D列印經常生產形狀複雜且過早破裂的零件，而科學家先前一直努力生產具特定的、預定的晶體結構金屬，現在這項研究了解到冷卻速率是如何影響金屬的晶體結構，因此期望在3D列印的初始步驟中，就能控制金屬的微觀結構。

最終，科學家的發現驗證了描述合金凝固的計算模型(稱為基於 Kurz-Giovanola-Trivedi (KGT)的凝固模型)所做的預測，研究顯示該模型可用於預測和控制3D列印過程中的金屬零件，並提高大規模製造的一致性。

在其他地方，清華大學和新加坡國立大學的研究人員都研究了流體流動對金屬3D列印零件機械性能的影響，發現晶體的樹狀結構(稱為枝晶)可以隨著熔融金屬凝固而生長和傳播，另外，隨著枝晶的生長，枝晶會對金屬的機械性質產生負面影響。

因此，研究團隊研究了枝晶在不同流動條件下如何生長，最終發現流體流動和凝固速度對金屬3D列印中枝晶的形成，有顯著影響，這也成為科學家今後努力研究的目標。

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