科學(xué)家們用3D打印技術(shù)復(fù)現(xiàn)大馬士革鋼制造工藝

馬克斯普朗克科學(xué)研究所和弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的工程師們，已經(jīng)開發(fā)出了通過 3D 打印技術(shù)來復(fù)現(xiàn)大馬士革鋼制造工藝的新方法。其最初特指由烏茲鋼錠制成的鋼材，于 2000 多年前從印度進口、并在大馬士革制造或交易。但是現(xiàn)在，其已用于泛指一類具有彎曲、波浪狀，類似流水的明暗條紋的鋼材。

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理念，已經(jīng)被后來的人們所接納。如果參觀文藝復(fù)興時期的現(xiàn)代展覽，很可能在劍匠的攤位上發(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。鐵匠們會將之不斷捶打和重新加熱，制造出現(xiàn)錯綜復(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)器性能。比如為劍芯選用堅柔、富有韌性的鋼，然后焊接到另一種經(jīng)加工變硬可磨尖的鋼葉邊緣上。

現(xiàn)如今的大馬士革鋼，通常使用兩種不同等級的鋼合金制成。但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)，將大馬士革鋼帶入新的世紀。

值得一提的是，這項新技術(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，便能夠形成所需的形狀。然后移除多余的粉末，即可呈現(xiàn)最終的產(chǎn)物。

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 —— 激光并用于改變金屬的晶體結(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 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)，以使得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(gòu)，這些所謂的沉淀物會使材料硬化。當受到機械應(yīng)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。

具體到激光工藝，主要與時間參數(shù)有關(guān)。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。

研究團隊指出，通過改變激光的能量、3D 金屬打印過程的速度、以及其它因素，便能夠相當精確地控制金屬的特性。