增材顶刊！微米级金属3D打印μ-LPBF制备NiTi记忆合金微器件关键突破！
发布时间：2022-06-24 10:43
2022年6月，中国石油大学（北京）郝世杰教授团队联合西澳大学、云耀深维（江苏）科技有限公司、德国Aixway3d
有限公司在增材制造顶刊《Additive Manufacturing》上在线发表了题为《Micro
laser powder bed fusion of NiTi alloys with superior
mechanical property
and shape recovery function》的研究文章。该文在采用小激光光斑、小粉末粒径及小铺粉层厚的基础上，通过优化组合激光功率与扫描速率，获得了兼具高致密度与低表面粗糙度的优异成形性能，并从热历史的角度分析了μ-LPBF单道扫描与常规LPBF多道重叠扫描的区别，以微器件为对象分析了μ-LPBF制备NiTi合金在制造性能、微观结构、相变行为及力学性能的综合特性，揭示了其与常规LPBF制备NiTi合金不同的特性。
所制备的NiTi合金薄壁件可展现最小52 μm的成型壁厚及小于2 μm的表面粗糙度，远优于现有μ-LPBF制备的其他金属构件，同时也能展现一定的拉伸塑性（拉伸应变>6%）和形状记忆效应；所制备的NiTi微晶格和微支架（杆径尺寸≤100 μm）可以承受50%的压缩变形不断裂，同时加热后形状回复达98%以上。
研究背景
NiTi形状记忆合金因具有独特的形状记忆效应、超弹性、高阻尼性及生物相容性而在功能微器件（最小特征壁厚/杆径<100 μm）领域展现了极大的应用前景，如微驱动器、微机械传感器、微医疗器件和植入物、微电子系统器件等。然而，制备此类具有复杂结构或三维结构的NiTi功能微器件需要特殊的制造方式，常规的机加工难以适用此类NiTi合金构件。
创新点
图文简述
图1. 常规LPBF与μ-LPBF在扫描模式和内部某点热历史的区别。
图2.
μ-LPBF采用的小粒径NiTi粉末表征。
图3.
本文所采用的激光单道扫描方式示意图及制备的多种NiTi合金微器件。
图5.
不同激光功率和扫描速率组合下的制造性能，包括成形壁厚、相对致密度、表面粗糙度。
图6. μ-LPBF制备的金属微器件综合性能对比。
图7. μ-LPBF制备的NiTi薄壁件侧面熔池及晶粒形貌。
图10. μ-LPBF、常规LPBF、传统锻造三种工艺制备的NiTi合金相变行为（相变峰宽、马氏体相变焓）的对比。
图11.
μ-LPBF制备NiTi合金薄壁的拉伸性能与记忆效应。
图12.
μ-LPBF制备的NiTi合金微晶格和微支架的力学和形状回复功能。
结论
Source：形状记忆合金研讨圈（公众号）
