马前教授团队最新：3D打印轻质/高效/铝合金超材料！

开发具有中空通道的3D打印超材料是墨尔本理工大学马前教授团队的重要研究方向，并在钛合金空心支柱晶格（HSL）超材料方面取得重要研究进展，其表现出比实心支柱晶格 (SSL) 高得多的结构效率，拓展了轻质多功能金属材料的边界。但研究人员指出，所开发的钛合金超材料并非一直都是最佳的选择，因为钛合金粉末仍然很昂贵。

铝合金在机械强度、较低密度和降低成本之间提供了折衷，同时还具有高耐腐蚀性，从而也能成为超材料开发的重要备选材料。3D打印技术参考注意到，该课题组于近日新报道了复杂AlSi10Mg空心支柱晶格超材料的3D打印制备及其力学性能研究。

(a) FCC 和 (b) FCC拓扑空心支柱晶格模型。(c) FCC_1B、(f) FCCZ_1B、(d) FCC_2B、(g) FCCZ_2B、(e) FCC_3B 和 (h) FCCZ_3B。蓝色代表空心支柱墙，而浅红色代表内部轮廓

内部横截面的 μCT 表征，取自每个 AlSi10Mg 空心支柱晶格的第一晶胞层的中心

(a) 相对屈服强度和 (b) 相对弹性模量与相对密度：AlSi10Mg 空心支柱晶格与 Ti-6Al-4V、Inconel 625、SS316L、CoCr 和 AlSi10Mg 实心支柱晶格的比较

研究发现，使用简单高效的双边界扫描策略，可以通过LPBF技术制造具有高保真内部和外部轮廓以及可忽略不计的容留获粉末的复杂AlSi10Mg空心支柱晶格结构。然而，若要实现完整打印且不会残留粉末，最小壁厚为0.4毫米，最小内径为0.7毫米。

压缩测试表明，所制造的AlSi10Mg空心支柱晶格结构（HSL）达到了Gibson-Ashby模型相对屈服强度的经验上限，与实体支柱晶格结构相当。而具有相当相对密度的Ti-6Al-4V、AlSi10Mg和SS316L的固体支柱晶格(SSL) 通常低于该上限。此外，空心支柱晶格在绝对密度低得多的情况下，绝对屈服强度、弹性模量均与实体支柱晶格相当，从而开发出了基于AlSi10Mg空心支柱晶格的具有轻质和高效结构的超材料。

研究团队3D打印的AlSi10Mg空心支柱晶格

此外，AlSi10Mg空心支柱晶格的屈服强度与此前报道的等效拓扑Ti-6Al-4V空心支柱晶格比较时，会观察到几乎完美的相关性，表明空心支柱晶格的高结构效率取决于拓扑结构而不是材料。考虑到材料成本低、耐腐蚀性好和密度低，AlSi10Mg空心支柱晶格有望找到良好的潜在应用。

潜在应用领域分析

铝合金超材料因其独特的性能和优势，在多个领域具有应用潜力。

首先，铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其成为航空航天领域的理想选择。它可以用于制造飞机、火箭和卫星的结构件，提高飞行器的整体性能和效率。

其次，在汽车制造中，铝合金晶格超材料的应用有助于提高汽车的性能和安全性。可以用于制造汽车的车身结构、底盘和悬挂系统，实现汽车的轻量化。

第三，在电子领域，由于铝合金晶格超材料具有良好的导电性和热导性能，在电子领域的应用逐渐增多。可以用于制造电子设备的散热器、导线和其他关键部件，进一步提高设备的散热性能，并增加其可靠性和稳定性。

第四，在高性能运动器材制造领域，铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其在高性能运动器材制造中备受青睐。例如，它可以用于制造自行车框架、高性能滑雪板、帆船桅杆等，提高器材的性能和耐用性。

第五，在微机电系统领域，铝合金晶格超材料在微机电系统领域也有广泛的应用。由于其微小的晶格结构和良好的机械性能，为微机电系统的发展提供有力支持。

需要注意的是，铝合金晶格超材料的具体应用还取决于其晶格结构、制备工艺以及性能优化等因素。随着科技的不断进步，铝合金晶格超材料的应用领域还将进一步拓展，为各个行业带来更多的创新和发展机遇。