通过工艺调控和后续热处理对微观结构进行精细设计，A*STAR旗下的研究人员提升了增材制造Al6xxx系列铝合金的塑性稳定性，在强度与延展性的平衡方面优于同类产品。通过对3D打印铝合金微观结构的简单调整，为半导体和航空航天应用带来了卓越的机械和热性能。
▲铝合金
© 白皮书
强度和延展性的平衡
理想的3D打印材料需要在强度和延展性之间仔细平衡，强度和延展性这两个特性对于用于飞机和汽车的重负荷金属合金尤为关键，但它们之间往往存在权衡。
新加坡科技研究局（A*STAR）旗下的新加坡制造技术研究院（A*STAR SIMTech）的高级首席科学家Sharon Nai表示，”让材料变得更强通常会使其变得不那么灵活，”
Sharon Nai与A*STAR高性能计算研究所（A*STAR IHPC）和新加坡南洋理工大学的科研人员一起，与A*STAR SIMTech的同事正在探索不同的加工方法，以调整基于Al6061的改性铝合金的微观结构特征，旨在实现其在增材制造（AM）——工业规模3D打印中的最佳应用。Al6xxx系列铝合金（如Al6061）广泛应用于半导体和航空航天等高价值行业，这些都是新加坡先进制造业中具有战略重要性的领域。
然而，通过AM制造的Al6061零件往往会出现裂纹。目前的解决方案之一是添加形核剂（如钪和锆），它们会在3D打印过程中在合金的微观结构内形成超细晶粒。先前的研究表明，形成这种晶粒（而不是长的柱状晶粒）有助于防止裂纹并增强材料强度。但当这些混合微观结构被拉伸和弯曲时，它们会以不稳定的模式变形，形成局部拉伸痕迹，即吕德斯带（Lüders bands）。
A*STAR SIMTech高级科学家Zhiheng Hu表示”尽管吕德斯带有时有助于增强材料，但我们发现它们在AM-增材制造生产的Al6xxx合金中会产生负面影响。“
在最近的一项研究中，Sharon Nai、Zhiheng Hu及其同事测试了一种改进策略：使晶粒变大，这在Al6061内部创造了软硬区域。他们首先改变合金成分，使形核剂在凝固初期自然形成，有助于消除裂纹。然后对合金进行
高温T6热处理，以诱导晶粒生长，同时保留一些超细晶粒，这使得材料变形更加均匀，并显著减少了吕德斯带的形成。
Sharon Nai表示”这一工艺使得复杂、轻质、高性能零件的增材制造更快、更灵活、更高效，这些零件使用传统方法难以或无法制造。”
根据 的了解，该团队已为其材料和生产工艺申请了专利，并与日本公司Proterial合作。他们还计划开发更稳健可靠的AM-增材制造工艺，并将工作扩展到其他先进合金，如Al7075。
I创新性：
微观结构优化：通过调整晶粒尺寸，在铝合金中创造软硬区域，解决了传统AM铝合金的裂纹问题
工艺创新：采用高温T6热处理工艺，实现晶粒生长的同时保留部分超细晶粒
成分设计：优化合金成分，使形核剂在凝固初期自然形成
缺陷控制：显著减少吕德斯带形成，提高材料变形均匀性
Sharon Nai表示”为了加速这一努力，我们邀请行业终端用户与A*STAR增材创新中心（AIC）进行合作，AIC热衷于与行业合作伙伴共同开发应用、验证材料和认证零件，帮助将下一代材料从实验室推向实际应用。”
参与这项研究的A*STAR其他研究人员来自A*STAR新加坡制造技术研究院（A*STAR SIMTech）和A*STAR高性能计算研究所（A*STAR IHPC）。
Sharon Mui Ling Nai
赖美玲
高级首席科学家、新加坡科技研究局增材创新中心（AIC）主任
新加坡科技研究局新加坡制造技术研究院（A*STAR SIMTech）
赖美玲是新加坡科技研究局新加坡制造技术研究院（ASTAR SIMTech）的高级首席科学家，同时担任新加坡科技研究局增材创新中心（AIC）主任。AIC是由国家增材制造创新集群（NAMIC）支持的重要技术转化平台。Sharon拥有新加坡国立大学机械工程博士学位，专长于增材制造和先进制造技术。她领导了多项与本地及国际企业合作的研发项目，将科研成果转化为工业应用，并与企业共建联合实验室。Sharon撰写过两本专著，参与两本书籍章节的编写，发表了150篇同行评审期刊论文，并申请了两项专利。她在该领域的贡献获得了广泛认可，包括获得2021年“SG100科技女性奖”和2023年A*STAR Fellow。
Zhiheng Hu
胡志恒
高级科学家
新加坡科技研究局新加坡制造技术研究院（A*STAR SIMTech）
胡志恒是新加坡科技研究局新加坡制造技术研究院（A*STAR SIMTech）的高级科学家。他于华中科技大学获得电子科学与技术博士学位。他的研究聚焦于增材制造用合金的开发（如轻质合金和形状记忆合金），并开展系统开发与冶金学研究，以实现高性能材料和复杂构件的制造。他在增材制造领域发表了40多篇研究论文，H指数为31，体现了其研究工作的影响力。
知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络， 为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注 发布的白皮书系列。
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