Forskare har nu visat förmågan att skapa amorf metall, eller metalliskt glas, legeringar som använder tredimensionell (3-D) tryckteknik, öppnar dörren för en mängd olika applikationer – som effektivare elmotorer, bättre slitstarka material, material med högre hållfasthet, och lättare viktstrukturer.

"Metalliska glas saknar de kristallina strukturerna hos de flesta metaller - den amorfa strukturen resulterar i exceptionellt önskvärda egenskaper, " säger Zaynab Mahbooba, första författare till en artikel om arbetet och en doktorsexamen. student vid North Carolina State Universitys institution för materialvetenskap och teknik.

Tyvärr, tillverkning av metalliskt glas kräver snabb kylning för att förhindra att den kristallina strukturen bildas. Historiskt sett, det innebar att forskare bara kunde gjuta metallglas i små tjocklekar. Till exempel, amorfa järnlegeringar kunde inte gjutas mer än några millimeter tjocka. Den storleksbegränsningen kallas en legerings kritiska gjuttjocklek.

"Idén att använda additiv tillverkning, eller 3D-utskrift, att producera metalliskt glas i skalor större än den kritiska gjuttjockleken har funnits i mer än ett decennium, " säger Mahbooba. "Men detta är det första publicerade arbetet som visar att vi faktiskt kan göra det. Vi kunde producera en amorf järnlegering i en skala 15 gånger större än dess kritiska gjuttjocklek."

Tekniken fungerar genom att applicera en laser på ett lager av metallpulver, smälta pulvret till ett fast lager som bara är 20 mikron tjockt. "Byggplattformen" sjunker sedan 20 mikron, mer pulver sprids på ytan, och processen upprepar sig. Eftersom legeringen bildas lite i taget, den svalnar snabbt – behåller sina amorfa egenskaper. Dock, slutresultatet är en solid, metalliskt glasföremål – inte ett föremål tillverkat av laminerat, diskreta lager av legeringen.

"Det här är ett proof-of-concept som visar att vi kan göra det här, säger Ola Harrysson, motsvarande författare till artikeln och Edward P. Fitts Distinguished Professor of Industrial Systems and Engineering vid NC State.

"Och det finns ingen anledning att denna teknik inte skulle kunna användas för att producera någon amorf legering, ", säger Harrysson. "En av de begränsande faktorerna vid det här laget kommer att vara att producera eller erhålla metallpulver av vilken legeringssammansättning du än letar efter.

"Till exempel, vi vet att vissa metallglas har visat en enorm potential för användning i elmotorer, minska spillvärme och omvandla mer kraft från elektromagnetiska fält till elektricitet."

"Det kommer att krävas lite försök och misstag för att hitta de legeringskompositioner som har den bästa kombinationen av egenskaper för en given tillämpning, " säger Mahbooba. "Till exempel, du vill se till att du inte bara har de önskvärda elektromagnetiska egenskaperna, men att legeringen inte är för spröd för praktisk användning."

"Och eftersom vi pratar om additiv tillverkning, vi kan tillverka dessa metalliska glas i en mängd olika komplexa geometrier – vilket också kan bidra till deras användbarhet i olika applikationer, säger Harrysson.

Pappret, "Additiv tillverkning av ett järnbaserat bulkmetallglas som är större än den kritiska gjuttjockleken, " publiceras i tidskriften Tillämpade material idag .