日本东北大学（Tohoku University）材料研究所和新产业创造孵化中心（New Industry Creation Hatchery Center）的研究人员在多材料3D打印技术方面取得突破性进展，展示了制造轻质耐用汽车零件的过程。该研究成果于2024年11月19日发表在期刊《Additive Manufacturing》上。
图片来源：Tohoku University
金属3D打印的过程是通过逐层沉积金属，并使用热量将它们结合在一起来构建物体。与传统制造方法相比，3D打印的精度使其能够制造出独特的、高度可定制的形状，通常不会产生太多的副产品浪费。
多材料结构也可以通过3D打印技术制造出来，这种结构将不同的材料策略性地结合在一起，以实现部件的最佳性能。例如，钢制汽车零件可以通过与铝相结合而变得更轻。由于这些优点，如何掌握这种3D打印技术受到研究人员的高度重视。
然而，这项技术也面临着一些挑战。日本东北大学副教授Kenta Yamanaka解释道：“多材料因其工艺灵活性而成为增材制造领域的热门话题。然而，实际应用中的一大挑战是，对于某些金属组合，如钢和铝，在异种金属界面上会形成脆性金属间化合物。因此，虽然材料更轻了，但也变得更脆了。”
这项研究的目标是生产出一种轻质但不影响强度的钢铝合金。为此，该研究团队使用了激光粉末床熔融（L-PBF）技术，这是一种主要的金属3D打印技术，利用激光选择性地熔化金属粉末。研究人员发现，提高激光的扫描速度可以显著抑制脆性金属间化合物（如Al5Fe2和Al13Fe4）的形成。
研究人员提出，这种更高的扫描速度会导致所谓的非平衡凝固现象，从而最大限度地减少导致材料薄弱点的溶质分配。因此，该研究团队制造的产品表现出很强的粘合界面。
特聘助理教授Seungkyun Yim（东北大学）表示：“换句话说，你不能只是把两种金属放在一起，然后指望它们毫无计划的粘在一起。我们必须首先充分了解原位合金化机制。”
基于这一成果，该研究团队成功制作出世界上首个具有定制几何形状的全尺寸汽车多材料部件（悬架塔）。该研究团队打算将这些研究成果应用于其他需要改善类似粘合问题的金属组合，从而实现更广泛的应用。