金屬配件的增材制造（又稱3D打印），通常是使用激光將要加工的金屬配件通過熔化前驅(qū)體金屬粉末逐層加工，當(dāng)然也可以用電子束或者別的定向能源來加工。總之，根據(jù)規(guī)格參數(shù)打印一個零件所必要的東西除了3D打印設(shè)備之外，就只需要根據(jù)你的需要選擇的金屬粉末，是吧？

當(dāng)然不是！

作為一個對激光技術(shù)頗有了解但對增材制造不太了解的人來說，我原本是這樣想的一一3D打印可以用任何金屬的粉末來制造高品質(zhì)金屬配件。然而，后來事實(shí)證明我錯了，我從HRL Laboratories和加州大學(xué)圣芭芭拉分校的研究員發(fā)表的論文上得知只有一小部分經(jīng)過篩選的金屬粉末能夠可靠地打印出高強(qiáng)度的零件，可用的金屬粉末包括鑄造級的鋁（AlSi10Mg）、鈦合金（TiA16V4）、鈷鉻（CoCr）、和鎳鉻鐵合金718.¹

特定的納米顆粒起到關(guān)鍵作用

假如HRL的研究人員沒有任何解決方案的話，他們也不會在技術(shù)論文中論述下面這些東西了，他們也確實(shí)有方案。事實(shí)上他們的方案使極其重要的兩個系列的鋁合金7075和6061的激光（或者其他能源）增材制造方案變得可行，這兩種鋁合金各自多少具有不同的理想物性，兩者都在航天航空、汽車工業(yè)、已經(jīng)其他工業(yè)領(lǐng)域里廣泛使用。HRL的方法同樣可以適用于大范圍的有用的金屬合金。

典型的金屬的增材制造的第一步是材料——合金粉末，合金粉末在薄層上添加并用激光（或者其他熱源）加熱使其熔化，然后固化該層。通常，如果使用不可焊接的高強(qiáng)度鋁合金，例如7075和6061系列，加工出來的部件將遭受嚴(yán)重的熱裂紋，使其像薄餅一樣容易斷裂。

而HRL通過在不可焊接的高強(qiáng)度合金粉末里添加經(jīng)過特別挑選的納米顆粒，從而解決了上述問題。添加了功能性納米顆粒的粉末注入3D打印機(jī)，把粉末分層然后激光熔化每一層來建立3D物體。在熔化和固化的過程中，納米粒子作為合金微觀結(jié)構(gòu)的成核點(diǎn)，防止熱裂紋的產(chǎn)生并使在制造的部件保持完整的合金強(qiáng)度。

人工智能幫了大忙

為找到正確的納米粒子，HRL的研究員招募了加州的Citrine Informatics的團(tuán)隊(duì)來用其人工智能算法幫助他們在無數(shù)的粒子中搜索哪一顆具有他們需要的物性的粒子。

針對7075和6061系列鋁所需的納米粒子的搜索得出的結(jié)果是鋯納米顆粒，對于其他合金，可能對應(yīng)的是其他不同組合的粒子。

雖然冶金再也不像過去那么簡單，但是沒有什么是人工智能搞不定的。

參考文獻(xiàn)：

1. John H. Martin et al., Nature (2017); doi:10.1038/nature23894


翻譯/Nick