受澳大利亞研究理事會(huì)、歐盟第七框架計(jì)劃以及歐洲航天局的聯(lián)合資助，皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員通過在金屬3D打印過程中施加高頻超聲波，實(shí)現(xiàn)合金晶粒等軸細(xì)化。

直接能量沉積技術(shù)（DED）是制備大尺寸金屬制件的常用方法，但制件內(nèi)部晶粒通常為尺寸較大的柱狀晶，力學(xué)性能不足。僅通過工藝參數(shù)優(yōu)化難以實(shí)現(xiàn)晶粒的等軸細(xì)化，而引入形核劑則會(huì)影響合金成分并造成顆粒團(tuán)聚。為此，研究人員采用了振動(dòng)頻率為20kHz的超聲基板，在其上通過激光束直接沉積合金粉末，制備出晶粒等軸細(xì)化的合金制件。研究發(fā)現(xiàn)：高頻超聲波引起聲空化并加速金屬顆粒的流動(dòng)，從而顯著促進(jìn)凝固過程中的形核和晶粒細(xì)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：TC4鈦合金內(nèi)部晶粒由毫米級(jí)的柱狀β晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榱郊s100 μm的等軸晶粒；抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均提高了12%，其中屈服強(qiáng)度由980 ± 13 MPa增加到1094 ± 18 MPa。

這項(xiàng)研究在提升金屬3D打印件性能、開發(fā)梯度金屬結(jié)構(gòu)方面有顯著的應(yīng)用潛力。