增材制造(AM)或3D打印是一项快速发展的技术，有可能彻底改变许多行业。然而，增材制造零件可能容易受到缺陷的影响，例如孔隙和裂纹，这可能会限制它们的性能和可靠性。
伦敦玛丽女王大学的研究人员与上海交通大学、先进材料卓越中心和莱斯特大学合作，开发了一个计算模型，揭示了增材制造(AM)快速凝固过程中溶质捕获的发生过程。
该研究发表在《自然通讯》杂志上，为增材制造中的溶质传输和凝固机制提供了新的见解，这可能会导致3D打印新材料和新工艺的发展。
溶质俘获是溶质元素集中在凝固锋的某些区域时发生的一种现象。这可能导致非平衡微观结构的形成，这可能对增材制造零件的性能有害。
该研究的通讯作者、伦敦玛丽女王大学材料与固体力学高级讲师Chinnapat Panwisawas博士说:“溶质捕获就像在食谱中添加了一种秘密成分。”“通过了解溶质捕获的工作原理，我们可以开发新的材料和工艺，从而产生更强、更可靠、更复杂的3D打印组件。”
研究人员使用他们的计算模型来研究在AM中快速和重复的热循环中发生的溶质传输。他们发现溶质捕获是由熔体对流促进的，熔体对流稀释了凝固前沿的分割溶质。研究人员还阐明了随后从超微细胞到粗细胞的微观结构转变的机制。
研究人员认为，他们的发现可以通过加速凝固过程来降低增材制造零件的裂纹敏感性。他们还认为，他们所揭示的详细凝固路径显示出增材制造“难以打印”的高温合金的巨大潜力，并有助于未来材料设计更好的3D打印能力。
