Onderzoekers hebben nu het vermogen aangetoond om amorf metaal te maken, of metaalglas, legeringen met behulp van driedimensionale (3-D) printtechnologie, de deur openen naar een verscheidenheid aan toepassingen – zoals efficiëntere elektromotoren, betere slijtvaste materialen, materialen met hogere sterkte, en lichtere constructies.

"Metallische glazen missen de kristallijne structuren van de meeste metalen - de amorfe structuur resulteert in uitzonderlijk gewenste eigenschappen, " zegt Zaynab Mahbooba, eerste auteur van een paper over het werk en een Ph.D. student aan de afdeling Materials Science and Engineering van de North Carolina State University.

Helaas, het maken van metallisch glas vereist een snelle afkoeling om te voorkomen dat de kristallijne structuur zich vormt. historisch, dat betekende dat onderzoekers metalen glazen alleen in kleine diktes konden gieten. Bijvoorbeeld, amorfe ijzerlegeringen konden niet dikker dan enkele millimeters worden gegoten. Die groottebeperking wordt de kritische gietdikte van een legering genoemd.

"Het idee om additieve fabricage te gebruiken, of 3D-printen, om metallisch glas te produceren op schalen die groter zijn dan de kritische gietdikte bestaat al meer dan een decennium, ', zegt Mahbooba. 'Maar dit is het eerste gepubliceerde werk dat aantoont dat we het ook echt kunnen. We waren in staat om een ​​amorfe ijzerlegering te produceren op een schaal die 15 keer groter is dan de kritische gietdikte."

De techniek werkt door een laser op een laag metaalpoeder aan te brengen, het poeder smelten tot een vaste laag van slechts 20 micron dik. Het "bouwplatform" daalt dan 20 micron, er wordt meer poeder op het oppervlak verspreid, en het proces herhaalt zich. Omdat de legering beetje bij beetje wordt gevormd, het koelt snel af en behoudt zijn amorfe eigenschappen. Echter, het eindresultaat is een solide, metalen object van glas - geen object gemaakt van gelamineerd, discrete lagen van de legering.

"Dit is een proof-of-concept dat aantoont dat we dit kunnen, " zegt Ola Harrysson, corresponderende auteur van het artikel en Edward P. Fitts Distinguished Professor of Industrial Systems and Engineering bij NC State.

"En er is geen reden waarom deze techniek niet zou kunnen worden gebruikt om een ​​amorfe legering te produceren, Harrysson zegt. "Een van de beperkende factoren op dit moment is het produceren of verkrijgen van metaalpoeders van welke legeringssamenstelling je ook zoekt.

"Bijvoorbeeld, we weten dat sommige metalen glazen een enorm potentieel hebben aangetoond voor gebruik in elektrische motoren, het verminderen van restwarmte en het omzetten van meer stroom uit elektromagnetische velden in elektriciteit."

"Het zal wat vallen en opstaan ​​kosten om de legeringssamenstellingen te vinden die de beste combinatie van eigenschappen hebben voor een bepaalde toepassing, " zegt Mahbooba. "Bijvoorbeeld, je ervoor wilt zorgen dat je niet alleen over de gewenste elektromagnetische eigenschappen beschikt, maar dat de legering niet te broos is voor praktisch gebruik."

"En omdat we het hebben over additive manufacturing, we kunnen deze metalen glazen in verschillende complexe geometrieën produceren - wat ook kan bijdragen aan hun bruikbaarheid in verschillende toepassingen, ' zegt Harrysson.

De krant, "Additieve fabricage van een op ijzer gebaseerd bulkmetaalglas dat groter is dan de kritische gietdikte, " is gepubliceerd in het tijdschrift Toegepaste materialen vandaag .