科學(xué)家用3D打印技術(shù)復(fù)現(xiàn)古代鋼制造工藝

來源：環(huán)球網(wǎng)

據(jù)南極熊了解，近日，大馬士革鋼堅(jiān)硬而堅(jiān)韌，主要因?yàn)樗怯刹煌暮辖饘咏M成。在古代，這是首選的材料，尤其是劍刃材料?，F(xiàn)在，德國(guó)杜塞爾多夫的馬克斯·普朗克研究所和亞琛的弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種工藝，可以在3D打印機(jī)中逐層生產(chǎn)此類鋼材，其中，每個(gè)單獨(dú)的層的硬度可以做具體調(diào)節(jié)。

據(jù)介紹，大馬士革鋼制造工藝最初特指由烏茲鋼制成的鋼材，于2000多年前從印度進(jìn)口、并在大馬士革制造或交易，具有彎曲度、波浪狀，類似流水的明暗條紋的鋼材。而由于烏茲鋼的斷代，真正的大馬士革鋼早已成為一門失傳的藝術(shù)，因而被許多致力于逆向工程的科學(xué)家和手工藝人寄予了很高的期望。

不過這種鋼材背后的基本原理，已經(jīng)被后來的人們所吸納。如果參觀文藝復(fù)興時(shí)期的現(xiàn)代展覽，參觀者可以在劍匠的展位上發(fā)現(xiàn)許多質(zhì)量出乎意料的復(fù)制品。

據(jù)悉，大馬士革鋼刀片是通過捆扎鐵條并烤至熾熱，然后將其扭曲到一起而制成。鐵匠們會(huì)將之不斷捶打并反復(fù)加熱，制造出現(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜的波紋圖案。這種加工工藝，可通過控制碳含量來調(diào)節(jié)其性能。比如為劍芯選用堅(jiān)柔、富有韌性的鋼，然后將其與經(jīng)過特殊加工質(zhì)地變硬并磨尖而成的劍鋒焊接在一起。

值得關(guān)注的是，杜塞爾多夫和亞琛的研究人員正試圖通過 3D 打印和激光技術(shù)復(fù)現(xiàn)古代大馬士革鋼的制造工藝。而且，這項(xiàng)新技術(shù)沒有使用兩種不同的材料來加工形成新的合金，而是僅使用鐵、鎳和鈦的合金粉末，通過激光熔化并一層層地導(dǎo)入，形成所需的形狀，然后移除多余的粉末，即可呈現(xiàn)最終的產(chǎn)物。

另外，這雖然仍屬于 3D 金屬打印的范疇，但新技術(shù)的不同之處在于激光的使用，以及其改變金屬的晶體結(jié)構(gòu)，以形成硬質(zhì)和易延展的鋼的交替層。

馬克斯·普朗克研究所博士后研究員 Philipp Kürnsteiner 對(duì)此表示：“我們已經(jīng)成功地在 3D 打印過程中特別地修改了各層的微觀結(jié)構(gòu)，以使其最終組件具有所需的性能，而無需隨后對(duì)鋼進(jìn)行硬處理。在一定條件下，它會(huì)形成小的鎳鈦微結(jié)構(gòu)，這些所謂的沉淀物會(huì)使材料硬化。當(dāng)受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)，它們會(huì)阻止晶格內(nèi)的錯(cuò)位移動(dòng)，也正是塑性形變的特征。在添加了每一層之后，可使金屬冷卻至 195°C（383°F）以下，從而留下柔軟的層、形成強(qiáng)度與延展性相結(jié)合的鋼材。”