激光做“錘”，三維打印新策略革新“打鐵”工藝

在古代，人們把在高溫下燒紅的生鐵反復錘打，最終使生鐵轉化為鋼。現在，英國劍橋大學領導的一個小組革新了技術，開發出一種三維（3D）打印金屬的新方法，可以在打印過程中將結構變化“編程”到金屬合金中，微調它們的性能，而無需使用已延續了數千年的“加熱鍛打”工藝。該方法可降低成本，更有效地利用資源。研究結果發表在30日的《自然·通訊》雜志上。

自青銅時代以來，金屬部件一直是通過加熱和鍛打的過程制成的。這種方法用錘子使材料硬化，然后用火軟化，使人們可以將金屬制成所需的形狀，同時賦予其柔韌性或強度。加熱和鍛打之所以如此有效，是因為它改變了材料的內部結構，從而可以控制其性能。

目前3D打印技術的主要缺點之一是無法以相同的方式控制內部結構。此次，團隊開發了一種3D打印金屬的新策略，可在材料被激光熔化時對內部結構進行高度控制。通過控制材料在熔化后凝固的方式，以及在此過程中產生的熱量，研究人員可以對最終材料的性質進行編程。

而當3D打印的金屬部件被放置在相對較低的溫度下時，它會觸發微觀結構的受控重構，這一策略可以完全控制金屬的強度和韌性。

研究人員發現，在3D打印過程中，激光可以被用作微型“錘子”，使金屬變硬。然而，用相同的激光第二次熔化金屬會使其結構松弛，從而允許在將零件放入爐中時進行結構的重新配置。他們的3D打印鋼材經過理論設計和實驗驗證，其性能可與加熱和鍛打制成的鋼材相媲美。

鋼和鐵，從構成元素上來說，并無太大區別。鐵可以被煉成鋼。簡單來說，經過高溫煅燒等工序，鐵中的含碳量降低了，就成了鋼。鋼制品強度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工……多種優點讓它一下子甩開了鐵好幾個檔次。這些微妙而復雜的化學過程，如今在3D打印中得到了復現。研究團隊用激光改變金屬材料的內部結構，從而控制材料性能。我們還會在鋼中加入鉻、錳等元素，未來3D打印的鋼材或許也能繼續升級，呈現出不同的合金鋼特性。