科學(xué)家們用3D打印技術(shù)復(fù)現(xiàn)大馬士革鋼制造工藝馬克斯普朗克科學(xué)研究所和弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的工程師們,已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了通過(guò) 3D 打印技術(shù)來(lái)復(fù)現(xiàn)大馬士革鋼制造工藝的新方法。其最初特指由烏茲鋼錠制成的鋼材,于 2000 多年前從印度進(jìn)口、并在大馬士革制造或交易。但是現(xiàn)在,其已用于泛指一類具有彎曲、波浪狀,類似流水的明暗條紋的鋼材。
13 世紀(jì)波斯鍛造的大馬士革鋼劍的特寫(xiě)(圖自:維基百科) 由于烏茲鋼的斷代,真正的大馬士革鋼早已成為一門(mén)失傳的藝術(shù),因而被許多致力于逆向工程的科學(xué)家和手工藝人寄予了很高的期望。
不過(guò)這種鋼材背后的基本理念,已經(jīng)被后來(lái)的人們所接納。如果參觀文藝復(fù)興時(shí)期的現(xiàn)代展覽,很可能在劍匠的攤位上發(fā)現(xiàn)許多質(zhì)量出乎意料的復(fù)制品。
據(jù)悉,大馬士革鋼刀片是通過(guò)捆扎鐵條并烤至熾熱,然后將其扭曲到一起而制成。鐵匠們會(huì)將之不斷捶打和重新加熱,制造出現(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜的波紋圖案。
這種加工工藝,可通過(guò)控制碳含量來(lái)調(diào)節(jié)器性能。比如為劍芯選用堅(jiān)柔、富有韌性的鋼,然后焊接到另一種經(jīng)加工變硬可磨尖的鋼葉邊緣上。
現(xiàn)如今的大馬士革鋼,通常使用兩種不同等級(jí)的鋼合金制成。但是杜塞爾多夫和亞琛的研究人員,正試圖通過(guò) 3D 打印和激光技術(shù),將大馬士革鋼帶入新的世紀(jì)。
值得一提的是,這項(xiàng)新技術(shù)沒(méi)有使用兩種不同的材料來(lái)加工形成新的合金,而是僅使用鐵、鎳和鈦的合金粉末。
激光被用于改變 3D 打印鋼層的結(jié)晶特征(來(lái)自:Max Planck Institute) 通過(guò)激光熔化并一層層地導(dǎo)入,便能夠形成所需的形狀。然后移除多余的粉末,即可呈現(xiàn)最終的產(chǎn)物。
雖然仍屬于 3D 金屬打印的范疇,但新技術(shù)的不同之處在于 —— 激光并用于改變金屬的晶體結(jié)構(gòu),以形成硬質(zhì)和易延展的鋼的交替層。
馬克斯普朗克研究所博士后研究員 Philipp Kürnsteiner 表示:
我們已經(jīng)成功地在 3D 打印過(guò)程中特別地修改了各層的微觀結(jié)構(gòu),以使得最終組件具有所需的性能,而無(wú)需隨后對(duì)鋼進(jìn)行硬處理。
在一定條件下,它會(huì)形成小的鎳鈦微結(jié)構(gòu),這些所謂的沉淀物會(huì)使材料硬化。當(dāng)受到機(jī)械應(yīng)力時(shí),它們會(huì)阻止晶格內(nèi)的錯(cuò)位移動(dòng),也正是塑性形變的特征。 具體到激光工藝,主要與時(shí)間參數(shù)有關(guān)。在添加了每一層之后,可使金屬冷卻至 195°C(383°F)以下,從而留下柔軟的層、形成強(qiáng)度與延展性相結(jié)合的鋼材。
研究團(tuán)隊(duì)指出,通過(guò)改變激光的能量、3D 金屬打印過(guò)程的速度、以及其它因素,便能夠相當(dāng)精確地控制金屬的特性。 (來(lái)源:cnbeta)
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