瑞士联邦材料科学与技术实验室 Empa精确磁化:铁屑粘在这个四毫米长的迷你棋盘上
部分磁性结构由单一类型的钢铁粉末在不同温度下制成
信用:瑞士联邦材料科学与技术实验室 对于旁观者来说，它看起来很不显眼，不像是突破性的创新:一个四毫米长的小金属棋盘
乍一看，它像磨光的钢铁一样闪闪发光；乍看之下，细微的颜色差异是显而易见的:这个小小的棋盘有16个方格，其中8个看起来略暗，另外8个略亮
毫不起眼的材料样本表明，借助激光束和金属粉末的三维打印不仅适用于创建新的几何形状，还适用于生产具有全新功能的新材料
小棋盘是一个特别明显的例子:八个正方形是磁性的，八个是非磁性的——整个棋盘是由一种金属粉末三维打印而成的
只有激光束的功率和持续时间不同
作为一个起点，由雅利安·阿拉比-哈希米和克里斯蒂安·莱宁巴赫领导的Empa团队使用了一种特殊类型的不锈钢，这种不锈钢是大约20年前由迪本多夫的亨佩尔特种金属公司等开发的
所谓的P2000钢不含镍，但含大约1%的氮
p 2000-钢不会引起过敏，非常适合医疗应用
它特别硬，这使得常规铣削更加困难
不幸的是，乍一看，它似乎也不适合作为三维激光打印的基础材料:在激光束的熔化区，温度迅速达到峰值
这就是为什么金属中的大部分氮通常会蒸发，而P2000钢会改变其性能
把问题变成优势 阿拉比-哈希米和莱宁巴赫设法把这个缺点变成了优势
他们改变了激光的扫描速度和激光束的强度，使金属粉末床中的颗粒熔化，从而以特定的方式改变了液体熔池的尺寸和寿命
在最小的情况下，池的直径为200微米，深度为50微米，在最大的情况下，池宽为350微米，深度为200微米
较大的熔池允许更多的氮从合金中蒸发；凝固的钢结晶出高比例的可磁化铁素体
在最小熔池的情况下，熔化的钢凝固得更快
氮保留在合金中；钢主要以非磁性奥氏体的形式结晶
在实验过程中，研究人员必须非常精确地测定微小毫米大小的金属样品中的氮含量，并测量几微米内的局部磁化强度，以及奥氏体和铁素体钢的体积比
为此，Empa采用了许多高度发达的分析方法
形状记忆合金变得智能 这个实验看起来只是一个噱头，但很快就会为金属生产和加工的方法论增加一个重要的工具
莱宁巴赫说:“在三维激光打印中，我们可以很容易地在当地达到2500摄氏度以上的温度。”
“这使我们能够有针对性地蒸发合金中的各种成分
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锰、铝、锌、碳等等——从而局部改变合金的化学成分
“这种方法不仅限于不锈钢，还可以用于许多其他合金
例如，莱宁巴赫认为某些镍钛合金被称为形状记忆合金
合金在什么温度下“记住”它的程序形状只取决于0
混合物中含1%或更多或更少的镍
使用三维激光打印机，可以制造出对不同温度有局部和交错反应的结构部件
未来电动机的精细结构 在单个部件中生产具有微米精度的不同合金成分的能力也有助于设计更高效的电动机
现在，第一次可以用磁性精细结构的材料制造电动机的定子和转子，从而更好地利用磁场的几何形状
发现激光功率、熔池大小和材料性能之间关系的关键因素是添加剂制造领域的专业知识，该领域是Empa在过去九年中积累起来的
从那时起，克里斯蒂安·莱宁巴赫和他的团队，作为该领域世界领先的研究团体之一，一直致力于与三维激光印刷工艺相关的材料科学问题
与此同时，Empa研究人员在过程监控方面积累了经验，特别是在测量熔池方面，熔池的大小和寿命对于合金的目标改性至关重要
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