3D 打印中的形状记忆合金（镍钛合金）

1。简介：记忆的金属

形状记忆合金 (SMA)，最著名的代表是镍钛诺（镍钛合金），具有近乎神奇的特性：它们可以大幅弯曲或变形，并在加热或消除张力时完全恢复到原始的、未经训练的形状。

传统的镍钛诺生产和加工（铸造、锻造、铣削）极其困难且昂贵。金属 3D 打印开辟了一步生产复杂、功能集成和智能结构（所谓的“4D 打印”组件）的可能性。

2。镍钛合金激光粉末床融合 (PBF-LB)

打印镍钛合金在冶金上非常复杂，因为形状记忆效应对化学成分的微小变化极其敏感。

• 蒸发问题：在激光的热量作用下，镍的蒸发速度比钛快。如果镍与钛的比例变化哪怕是 0.1 个原子百分比，组件“记忆”的温度（转变温度）就会改变几十摄氏度。
• 氧亲和力：钛具有高度反应性。完美的氩气气氛是绝对必要的，因为吸收氧气会使材料变脆并破坏形状记忆效应。

3。 “4D 打印”：当组件变得栩栩如生

当镍钛诺进行增材加工时，通常称为 4D 打印，因为时间或温度被添加为第四维（运动）。

通过专门控制激光参数，可以将不同的转换温度编程到同一个组件中。例如，打印的机器人抓手只需通过加热即可将不同的手指依次闭合，无需任何电机或关节（整体执行器）。

4。应用：从动脉到眼眶

镍钛合金具有生物相容性和高性能。 3D打印打破了这种材料的几何限制。

• 医疗技术（支架）：镍钛合金支架被极度压缩并通过血液。由于体温的作用，它会在目标位置处膨胀成原来的形状，并使动脉变宽。 3D 打印可用于生产患者特定的支架几何形状。
• 航空航天：执行器和阻尼元件（例如自膨胀太阳能电池板或吸振网格结构）。

5。结论：来自粉末床的智能组件

镍钛诺在3D打印领域正处于从研究到工业应用的门槛。通过现代过程监控，控制激光熔池中精确化学计量的挑战正在得到越来越好的解决。未来，增材制造的镍钛诺结构作为“主动部件”将使许多领域的传感器和电机变得过时。