科學家用3D打印技術復現(xiàn)古代鋼制造工藝

來源：環(huán)球網(wǎng)

據(jù)南極熊了解，近日，大馬士革鋼堅硬而堅韌，主要因為它是由不同的合金層組成。在古代，這是首選的材料，尤其是劍刃材料�，F(xiàn)在，德國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研究所團隊開發(fā)了一種工藝，可以在3D打印機中逐層生產(chǎn)此類鋼材，其中，每個單獨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，因而被許多致力于逆向工程的科學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。如果參觀文藝復興時期的現(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。鐵匠們會將之不斷捶打并反復加熱，制造出現(xiàn)錯綜復雜的波紋圖案。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 打印和激光技術復現(xiàn)古代大馬士革鋼的制造工藝。而且，這項新技術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，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，以使其最終組件具有所需的性能，而無需隨后對鋼進行硬處理。在一定條件下，它會形成小的鎳鈦微結(jié)構，這些所謂的沉淀物會使材料硬化。當受到機械應力時，它們會阻止晶格內(nèi)的錯位移動，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、形成強度與延展性相結(jié)合的鋼材。”