加州理工学院的科学家们发明了一种新技术，可以通过3D打印精确控制金属合金的成分和结构。该方法以团队先前在水凝胶灌注增材制造（HIAM）方面的研究为基础，并将其扩展至制造按自定义比例混合不同金属的合金。该研究发表在《Small》杂志上，Thomas T. Tran为第一作者，Rebecca Gallivan为第二作者。
HIAM 的最后一步是去除氧气，留下一种基本致密的铜镍合金，并按照所需的 3D 打印结构进行打印。这里选择了蜂窝结构。（图片来源：Thomas Tran/加州理工学院）
该工艺首先使用3D打印技术打印一个有机水凝胶支架，然后将其与液态金属盐溶液中的金属离子混合。科学家通过煅烧工艺烧掉有机材料，留下金属氧化物。最后一步，即还原退火，将材料置于氢气环境中加热，以去除氧气并形成所需的金属合金结构。
加州理工学院材料科学、力学和医学工程系的Ruben F. 和 Donna Mettler 教授 Julia R. Greer 表示：“材料的成分可以随意调整，这在传统的冶金工艺中是无法实现的。” 该团队通过制造不同比例的铜镍合金证明了这种控制能力，结果发现 Cu12Ni88 合金的强度几乎是 Cu59Ni41 合金的四倍。
透射电子显微镜分析显示，与其他方法相比，HIAM工艺能够形成更均匀的晶体结构。该技术还会在合金中留下微小的氧化物夹杂物，从而提高合金的强度。Tran表示：“由于金属在此过程中形成的方式复杂，我们发现纳米级结构富含金属-氧化物界面，这有助于将合金的硬度提高高达四倍。”
研究表明，合金强度取决于晶粒尺寸和成分，挑战了先前关于金属强度因素的假设。该研究得到了美国能源部基础能源科学项目和美国国家科学基金会研究生奖学金的支持。
资料来源：caltech.edu
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