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研究人员分析3D打印金属断裂原因 打造更坚固的汽车部件

2020-09-25 来源:盖世汽车 

盖世汽车讯 据外媒报道,马德里卡洛斯三世大学(Universidad Carlos III de Madrid)、德州农工大学(美国)和以色列理工学院(Israel Institute of Technology)联手对航空航天和汽车业使用的3D打印金属展开研究,并发现了这类金属在极端载荷条件下发生机械故障的两种机制。

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(图片来源:UC3M)

自20世纪80年代以来,用3D打印金属制造的零部件在各行业得到广泛利用。由于制造工艺的原因,这类材料内部通常都有微小的孔(约几十微米),当对其施加载荷时,孔隙会变得更大。为了解这些韧性金属(能够吸收能量)是如何断裂的,研究小组开始分析,当施加载荷时,这些“微孔”发生了什么。

主要研究人员之一、UC3M连续介质力学和结构分析系的非线性固体力学研究团队的Guadalupe Vadillo称:“比如说,大部分汽车构件都是由韧性金属制成的,这类金属能够吸收碰撞能量,因此可以在发生交通事故时,提高车辆安全性。对关键工业部门来说,了解和预测韧性金属是如何断裂的,就等于是在优化抗冲击吸收能量结构的设计。”

此项研究发现了导致材料失效的两种机制。首先,微孔出现和增长,导致材料软化直至断裂;其次,当材料内部的多个微孔相互连接并相互作用,会发生聚结,加速断裂。

Guadalupe Vadillo表示:“在这项工作中,我们通过加速或延缓材料断裂,确定了材料中的微孔或固有微孔如何增长、收缩和相互作用,这取决于材料的粘度(施加载荷时的变形速度)、对材料施加载荷的速度和加载路径(方向和其他因素)。”

该项研究帮助我们更深入地了解3D打印韧性金属的行为方式,推动不同行业设计和制造更坚固的零部件。这些材料可用于注重能量吸收的工艺,例如航空航天业制造新型机身、汽车业使用的各类汽车部件或生物医学业开发植入物。