01 Samtímaáskoranir: Vegna lágs þéttleika, mikils sérstyrks og framúrskarandi tæringarþols, hafa álblöndur orðið ómissandi byggingarefni í geimferða-, bíla- og orkutækjageiranum. Hins vegar, með vaxandi eftirspurn í nútíma iðnaði eftir flóknum rúmfræði og afkastamiklum léttum íhlutum, standa hefðbundnar steypu- og vinnsluaðferðir frammi fyrir grundvallartakmörkunum þegar framleiddir eru hlutir með flóknum innri rásum, grindarbyggingum og þunnum-veggjum. Aukaframleiðslutækni-sérstaklega Laser Powder Bed Fusion (LPBF) og Laser Directed Energy Deposition (LDED)- bjóða upp á byltingarkenndar leiðir til að sigrast á þessum flöskuhálsum í framleiðslu. LPBF tækni smíðar flókna íhluti með þéttleika sem fer yfir 99,5% með því að bræða for-útfelld duftlög með vali með því að nota há-orku leysigeisla og byggja uppbygginguna lag fyrir lag. Með dæmigerðum kælihraða sem nær stærðargráðunni 10⁶ K/s, gerir þetta ferli kleift að mynda yfirmettaðar fastar lausnir og ofurfínar -korna örbyggingar sem liggja langt fyrir utan jafnvægisstorknunarástandið. Aftur á móti sýnir LDED tækni-sem notar samtímis fóðrun dufts samhliða leysibræðslu- einstaka kosti við viðgerðir á skemmdum hlutum, framleiðslu á stórum-byggingarhlutum og framleiðslu á efnum sem eru flokkuð með hagnýtum hætti. Engu að síður lenda álblöndur fyrir röð eðlisfræðilegra-málmvinnsluáskorana meðan á framleiðsluferli leysisaukefna stendur. Álblöndur sýna yfir 90% endurkastsgetu í átt að -innrauðum leysigeislum (með bylgjulengd 1070 nm) við stofuhita; þetta leiðir til afar lítillar orkutengingarnýtingar, sem krefst þess að nota há-afl-þéttleika leysira til að koma á stöðugri bræðslulaug. Ennfremur myndast þétt oxíðfilma (Al₂O₃) auðveldlega á yfirborði álblöndunnar. Með bræðslumark 2072 gráður -talsvert hærra en álfylkisins (660 gráður)- bráðna ekki brot af þessari oxíðfilmu oft að fullu í bræðslupottinum og þjóna oft sem kjarnastöðvar fyrir sprungur og uppsprettur skorts á-samrunagalla{{33}. Mikilvægast er að leysni vetnis í fljótandi áli (u.þ.b. 0,7 cm³/100g) er miklu meiri en í föstu áli (u.þ.b. 0,04 cm³/100g). Í hröðu storknunarferlinu skortir yfirmettuð vetnisatóm nægan tíma til að dreifa sér út; í staðinn safnast þeir upp við fasta-vökvaviðmótið til að mynda gasbólukjarna og skilja að lokum eftir málmvinnsluholur sem eru allt frá nokkrum míkronum upp í tugi míkrona í þvermál innan storknaðrar örbyggingar. Á sama tíma, breitt storknunarhitasvið álblöndur (td yfir 150 gráður fyrir Al7075) og umtalsverð storknunarrýrnun þeirra (u.þ.b. 6%) gera þau mjög næm fyrir storknunarglöpum og heitum sprungum þegar næringarrásirnar við hala bræðsluvatnsins lokast. Þetta er kjarnaáskorunin sem stendur frammi fyrir há-styrk 2xxx og 7xxx röð álblöndur meðan á LPBF ferlinu stendur. Ennfremur veldur mikilli hitauppstreymi sem einkennist af framleiðslu leysiefnablöndunarefna-þar sem staðbundið hitastig bræðslulaugar fer yfir 2000 gráður á meðan duftið og undirlagið í kring haldast á milli stofuhita og 200 gráður, sem leiðir til hitastigshalla allt að 10⁶ K/m-, myndar flókið streitusvið efnisins; ef það er stjórnlaust getur þetta leitt til skekkju, aflögunar og jafnvel-sprungna á milli laga.
02 Samsetningarhönnun: Á stigi samsetningarhönnunar eru álblöndukerfin sem venjulega eru notuð við steypu og smíða oft óhentug til aukefnaframleiðslu. Tökum AlSi10Mg málmblönduna sem dæmi: á meðan nær-samsetning hennar veitir henni framúrskarandi vökvavirkni við steypu, undir hröðum storknunarskilyrðum LPBF, verður gróft net eutectic kísilfasa þversagnakennt uppspretta streitustyrks. Ennfremur lækkar togstyrkur málmblöndunnar við 300 gráður niður í um það bil 10% af stofu-hitastyrk-, sem er fyrirbæri sem rekja má til hraðrar grófgerðar og upplausnar eutectískrar örbyggingar við hækkað hitastig. Þar af leiðandi hefur þróun sérhæfðra álblöndukerfa sem eru sérsniðin að einstökum eiginleikum aukefnaframleiðslu komið fram sem lykilrannsóknarstöð á þessu sviði.
Rannsóknir á vegum Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Kínverska vísindaakademían, sýna að með því að bæta snefilmagni af Sc (0,2–0,4 wt%) og Zr (0,1–0,3 wt%) við Al-Mg-undirstaða málmblöndur, á nanóskala Al₃(Sc,sse{2}, frumfasa{2} pöntun uppbygging-er hægt að mynda *in situ* meðan á hröðu storknunarferli Laser Powder Bed Fusion (LPBF) stendur. Þessi fasi sýnir afar lágt grindarmisræmi (u.þ.b. 1,3%) við -Al fylkið og þjónar þar með sem mjög skilvirkur misleitur kjarnasetur sem fínpússar kornastærð frá tugum míkrómetra niður í undir-míkrómetrastig. Rannsóknin bendir ennfremur á að SLM-framleidda Al-Mg-Mn-Sc-Zr málmblönduna sýnir einkennandi tvímótaða kornabyggingu: brúnir bræðsluvatnsins eru með fínu jafnáxuðu kornasvæði með meðalkornstærð sem er um það bil 1 m, 0 m. súlulaga kornasvæði-vaxandi meðfram byggingarstefnu-með meðalkornastærð um það bil 2,11 μm. Þessi ólíka kornbygging stafar af staðbundnum breytingum á hitastigum og kjarnaþéttleika innan bræðslupottsins; sérstaklega einkennast brúnir bræðslulaugarinnar af bröttum hitastigum og auðgun Al₃(Sc,Zr) frumfasa, sem stuðlar að misleitri kjarnamyndun, en miðja bræðslulaugarinnar sýnir mjög stefnumótandi hitastig sem auðveldar epitaxial vöxt kristalla í átt að hámarks hitaleiðni. Sérstaklega, á meðan Sc er dýr þáttur (verð á um það bil $3.000/kg), er Zr tiltölulega ódýrt (u.þ.b. $30/kg); sameinuð viðbót þessara tveggja þátta skapar kjarna-skeljarbyggingu-sem samanstendur af Al₃Sc kjarna og Al₃Zr skel-sem eykur ekki aðeins varmastöðugleika styrkingarfasa verulega heldur dregur einnig úr heildarkostnaði málmblöndunnar. Á sama tíma hefur teymi frá Shanghai Jiao Tong háskólanum lagt til aðra nýstárlega hönnunarstefnu sem miðast við „aflöganlegt-umbreytanlegt eutectic nanoscaffold. Með því að velja nær-eutectic Al-Er kerfið (12,7 wt% Er) sem líkan málmblöndu, nýtti teymið hæfileika Er til að mynda Al₃Er fasa með L1₂ uppbyggingu í tengslum við Al; þessi áfangi sýnir grindarmisræmi sem er aðeins 3,96% miðað við -Al fylkið og einkennist af gnægð af rennikerfum og mikilli getu til vinabæjarsamvinnu. Á LPBF prentunarferlinu fellur Al₃Er út í formi samfelldrar, þrívíddar beinagrind á nanóskala, sem er um það bil 10,3 rúmmál%. Þessi beinagrind er ekki aðeins fær um að halda uppi háu álagi sem fer yfir 1300 MPa heldur auðveldar hún einnig plasthýsingu meðan á aflögun stendur með myndun aflögunartvíbura og 9R langa-tíma stöflun-raðaðra mannvirkja-og hnekkir þar með í grundvallaratriðum hefðbundinni hugmyndinni um að ósjálfráðar beinagrindur séu í. Eins-prentað Al-Er-Mg málmblöndur (RAE700) sýnir 632 MPa uppskeruþol, sem eykst enn frekar í 707 MPa eftir beina öldrunarmeðferð, en heldur samtímis 7–10% lengingu; þessir alhliða eiginleikar eru betri en allir áður tilkynntir 3D-prentaðir álblöndur. Ennfremur hefur rannsóknarteymi við háskólann í Nagoya þróað röð af Al-Fe-Mn-Ti málmblöndur sem byggjast á "eindaskiptingarstýringu" stefnu. Með því að bæta við Cu og Mn tókst þeim að koma á stöðugleika í Al₆Fe fasann-og umbreyta honum í gagnlegan styrkingarfasa-samtímis innleiðingu Ti, sem skiptast í fasta fasann til að framkalla kornafínun (í um það bil 2,3 μm). Þar af leiðandi nær málmblöndunni togstyrk við stofuhita- sem er 390 MPa og sveigjanleika 14–17%; verulega, vélrænni eiginleikar þess haldast nánast óbreyttir jafnvel eftir hitauppstreymi við 300 gráður í 100 klukkustundir.
03 Ferlisstýring: Magnsambandið á milli ferlisbreyta og gangverki bræðslulaugar er lykillinn að því að skýra aðferðirnar sem stjórna örbyggingarmyndun í leysisaukandi framleiðslu á álblöndur. Kraftmikil hegðun vökva innan bræðslulaugarinnar er knúin áfram af Marangoni-varmlofti, hrökkþrýstingi, flotkrafti og hitakafla. Þar á meðal mynda Marangoni klippukraftar -sem myndast af yfirborðsspennuhalla sem orsakast af hitastigum yfir yfirborð bræðslulaugarinnar- ríkjandi kraftur sem knýr bráðna málmflæði frá miðju laugarinnar í átt að jaðri hennar. Aftur á móti, hrökkþrýstingur-sem myndast við kröftugan útkast málmgufu innan skráargatsins-beitir þrýstikrafti sem ýtir bráðna málmnum í átt að botni og hliðum skráargatsins. Rannsóknir benda til þess að rúmmálsorkuþéttleiki (VED) virki sem mikilvæga mælikvarðinn til að ákvarða umbreytingar bræðsluvatnshams: þegar VED fer yfir um það bil 60 J/mm³, verður uppgufunarhringþrýstingurinn nægjanlegur til að mynda skráargat í bræðslupottinum með stærðarhlutfalli sem er stærra en 1, og ræsir þar með „keyhole mode“; öfugt, ferlið starfar í „leiðniham“. Þrátt fyrir að skráargatsstillingin auðveldi háan efnisþéttleika, þá er óstöðug sveifla skráargatsins, -sérstaklega, reglubundið hrun framveggs þess- er aðalbúnaðurinn fyrir myndun skráargatshola (holur venjulega 50–200 μm í þvermál). Þessar svitaholur einkennast af stórum stærð og óreglulegri formgerð, sem veldur verulega meiri skaða á þreytu en fínar málmvinnsluholur. Rannsóknir sem gerðar voru við Northwestern Polytechnical University hafa sýnt fram á að með því að bæta snefilmagni (0,15 wt%) af Al-Nb-B kornhreinsiefni við AlSi10Mg málmblöndu getur það marktækt mótað súlulaga-til-jafnaxla umskipti (CET). NbB₂ og Al₃Nb agnirnar sem myndast sem misleitar kjarnastaðir hækka rúmmálshlutfall jafnása korna úr minna en 20% í yfir 80%; samtímis minnkar þetta inngrip plast anisotropy hlutfallið (skilgreint sem hlutfall lengdar- og þverlengingar) úr 3,5 í 1,2, og nær þar með ástandi nánast algjörrar samsætu. Þróunareiginleikar gropagalla sýna áberandi breytileika í mismunandi álblöndukerfum: í Al-Cu röð málmblöndur leiðir hið breiða storknunarsvið til aukinnar flæðisviðnáms innan grófa svæðisins, sem gerir skilvirka fóðrun (uppbótarbræðsluflæði) krefjandi; þar af leiðandi getur rúmmálshlutfall málmvinnsluhola í þessum málmblöndur náð 1–2%. Aftur á móti gera Al-Si röð málmblöndur-vegna þrönga storknunarsviðsins sem tengist eutectískri samsetningu þeirra-gera kleift að stjórna gropstigi í raun niður fyrir 0,1%. Myndun kristals áferðar er nátengd laginu-með-storknunarhegðun lagsins; þegar 0 gráðu einstefnuskönnunaraðferð er notuð, a<001>áferð þróast meðfram byggingarstefnu, sem leiðir til 10–20% munur á uppskerustyrk í lengdarstefnu (byggingarstefnu) og þverstefnu. Á hinn bóginn, með því að nota 67 gráðu snúningsskönnunaraðferð getur það dregið úr áferðarstyrk niður í slembistefnu og þar með í raun útrýmt anisotropy í vélrænum eiginleikum. Varðandi þjónustuafköst við háan-hita, þá hafa álblöndur sem eru framleiddar í sambættum, einstaka möguleika til að styrkjast ásamt sérstökum áskorunum varðandi niðurbrot eigna. Yfirlitsgrein frá Central South University flokkar há-hitastyrkingaraðferðir hita-þolinna aukefnaframleiddra álblöndur í þrjá kjarnaferla. Í fyrsta lagi búa fjöl-samlegðaráhrifin upp fjöl-laga, hitastöðugleika byggingarlist með því að fella inn þætti með mismunandi dreifingarhraða. Til dæmis, í Al-Ce-Sc-Zr málmblöndur, þétti og einsleiti Al₁₁Ce₃ eutectic fasinn, ásamt innankornaðri L1₂-Al₃(Sc,Zr) útfellingu, myndar tvöfaldan styrk{{18} þetta gerir málmblöndunni kleift að halda togstyrk upp á 233 MPa við 300 gráður og 142 MPa við 400 gráður, án marktækrar grófingar á kornum, jafnvel eftir langvarandi hitauppstreymi við 400 gráður í 96 klukkustundir. Í öðru lagi byggir styrking milli málma á því að velja millimálmsambönd með lága dreifingarstuðla og háa bræðslumark til að mynda stífa beinagrind við hækkuðu hitastig. Grófhraðafasti Al₁₁Ce₃ fasans við 400 gráður er aðeins 1,6 nm³/s-talsvert lægri en Al₂Cu fasans í hefðbundnum Al-Cu málmblöndur við sama hitastig (u.þ.b. 100 nm³); þessi yfirburða stöðugleiki við háan-hita gerir þeim fyrrnefnda kleift að virka stöðugt sem áhrifarík hindrun á hreyfingu. Í þriðja lagi hindrar stjórnun á atóma-kvarða grófingu með því að setja inn aðskilnað frumefni á snertifleti milli styrkingarfasa og fylkisins. Rannsóknir hafa sýnt fram á að frumefni eins og Sc, Zr, Si og Mn-sem aðskiljast við θ′-Al₂Cu/ -Al tengi-geta lækkað milliflataorku og hindrað atómdreifingu, og þar með lengt þjónustuhitastigið allt frá 1soy}}2xx gráðum í hefðbundnu 2xxx gráðurnar á milli 250 gráður og 300 gráður. Rannsókn sem birt var í *Nature Communications*- undir forystu fræðimannsins Lu Jian frá City University of Hong Kong í samvinnu við margar stofnanir-hefur stigið verulegt skref fram á við með því að nýta algenga óhreinindi sem finnast í álblöndur (Si, Fe, Mn og Ni) til að þróa hitaþolið- Al-7.44Si-2.34Fe-1.79Mn-1.12Ni málmblöndur sem inniheldur hvorki góðmálma né sjaldgæf jarðefni. Við hraðar storknunaraðstæður gengst þessi málmblöndur í gegnum ó-jafnvægisaðskilnað og fellir inn hita-ónæm fjöl-þætta millimálma nanóútfellingu-sem tekur allt að 14%-magnhlutfall við storknunarfrumumörkin og myndar þar með örbyggingu frumumörk. Án þess að krefjast nokkurrar eftirvinnslu- sýnir málmblönduna 582 MPa við stofuhita og togstyrk upp á 582 MPa, með styrkleika 263 MPa og 114 MPa við 300 gráður og 400 gráður, í sömu röð. Ennfremur leiðir rannsóknin í ljós-í fyrsta skipti í álblöndur-herðingarbúnaði sem knúinn er áfram af-afmyndun í föstu ástandi: við aflögun á háum-hita fer hluti af millimálmum nanóútfellingum í gegnum formlausa umbreytingu í föstu formi + að lokum myndlausa umbreytingu, að lokum (L1₂-röðuð ′-(Ni,Fe)₃Al fasa)" nanótvífasa uppbygging sem veitir viðbótarorkuútbreiðsluleið fyrir útbreiðslu sprungu við háan hita.
