盖世汽车讯 美国可能离其在2030年所销售的所有新车中零排放电动汽车占一半的目标又进一步。据外媒报告，麻省理工学院（MIT）写两位本科生与德国研究生教练合作研发了一种新型钢材，不是用于生产汽车，而可用于压铸模具，将汽车压成几个独立的部件。

MIT大三学生Ian Chen与Kyle Markland在ASM材料教育基金会2022年本科生设计竞赛因该款3D打印钢合金荣获第三名。该合金的灵感来自于一种名为一体化压铸（Giga-casting）的创新制造方法，该方法被汽车制造商特斯拉推广，用于组装其纯电动车型Model Y。

Ian Chen与Kyle Markland（图片来源：MIT）

设计挑战

Chen和Markland的项目源于去年春季的计算机材料设计课程，由MIT实践热计算教授Gregory Olson教授。Olson是全球领先计算材料科学学者之一，该科学利用计算机建模和仿真来理解和设计新材料，其方法被苹果公司用于制作苹果电脑，并引起了特斯拉首席执行官埃隆马斯克的注意。

Chen和Markland的项目源于去年春季的计算机材料设计课程，由MIT实践热计算教授Gregory Olson教授。Olson是全球领先计算材料科学学者之一，该科学利用计算机建模和仿真来理解和设计新材料，其方法被苹果公司用于制作苹果电脑，并引起了特斯拉首席执行官埃隆马斯克的注意。

特斯拉采用了Olson的计算方法来计算可以压铸的铝材料，压铸是一种金属铸造工艺，即将熔化的金属倒入模具形成物体。汽车通常是用数以百计的压铸部件，如发动机气缸、支架和其他部件，制造出来的，随后这些压铸部件会在自动化生产线上被组装在一起，制成一辆汽车。一体化压铸以一体化压铸机（Giga Press）而得名，只需要铸造两至三个大型的汽车零件，可大大降低汽车制造工艺的复杂性和相关成本。

问题是，“当你扩大生产规模，热传递会变慢，循环时间会变长”，即液态金属需要更长的时间才能冷却，最终整个工艺的效率更低、成本更高。不过，一种名为“保型冷却”（conformal cooling）的技术可以提供帮助。将冷却剂或水浇到可遵循或顺应被铸造物体形状的狭窄通道，就可以加速冷却。

所以，挑战出现了。SpaceX兼特斯拉材料工程副总裁Charles Kuehmann（Olson教授以前的学生）证实了此种需求：一种更好的名为工具钢的模具钢是一种可打印的材料，能够被装入3D打印机，打印出具有更高强度和更好热性能的新模具。Olson教授表示：“传统钢材非常脆，如果试图打印，它们很容易破裂。”

境外生产

作为该学生团队的顾问，Olson寻求德国帕德博恩大学（Paderborn University），MIT访问学生Florian Hengsbach的帮助。Hengsbach的博士论文与该项目十分贴切：增材制造工具钢的设计。

Hengsbach表示：“我们在帕德博恩会打印材料，对材料进行原子级表征，并确定工艺-微结构-性能之间的相关性。换句话说，了解材料在各种3D打印条件下的表现。

当Hengsbach在欧洲研究时，Chen和Markland在马萨诸塞州的剑桥进行研究，团队开始使用CALPHAD（计算材料性能的方法）设计新金属。利用热力学材料模型，该研究小组可以预测新材料在不同条件下的表现。

Hengsbach在帕德博恩的增材制造中心制作了该材料，并将其打印出来进行测试，制造了此种新型金属合金，将其熔化，将其雾化成微小的液滴，凝固成粉末，再将粉末分层，再在3D打印机中用激光将其熔化成一个物体。

Hengsbach表示：“非常成功，我们设计了一种十分有发展前景的工具钢，其在导热性、硬度和韧性方面都有优越的性能，还能够被打印。”该种新金属还有其他潜在的制造用途，如用于塑料的注射成型，或者模压淬火，可以制成复杂形状的高强度钢，或者其他工艺，“任何你想要采用此种保型冷却通道的地方，都可以采用这种材料。”

目前，该团队为此种新型可打印模具钢在美国提交了专利申请，下一步将在铸造模具中对该材料进行应用测试。此外，该团队还在与特斯拉进行谈判。