伦敦玛丽女王大学的研究人员与上海交通大学先进材料卓越中心和莱斯特大学合作，开发了一种计算模型，以揭示增材制造中快速凝固过程中溶质捕获是如何发生的。该研究发布在《自然通讯》上，为增材制造中的溶质传输和凝固机制提供了新的见解，这可能导致3D打印新材料和新工艺的开发。
溶质捕获是当溶质元素集中在凝固前沿的某些区域时发生的现象。这可能导致非平衡微观结构的形成，这可能对增材制造零件的性能有害。
“溶质捕获就像在配方中添加一种秘密成分，”该研究的通讯作者、伦敦玛丽女王大学材料和固体力学高级讲师Chinnapat Panwisawas博士说。“通过了解溶质捕获的工作原理，我们可以开发新的材料和工艺，从而产生更坚固、更可靠、更复杂的 3D 打印组件。”
研究人员使用他们的计算模型来研究AM中快速和重复的热循环中发生的溶质传递。他们发现，熔体对流促进了溶质捕获，熔体对流稀释了凝固前沿的分离溶质。研究人员还阐明了随后微观结构向超细细胞和粗细胞转变的机制。
研究人员认为，他们的研究结果可用于通过加速凝固过程来降低增材制造零件的裂纹敏感性。他们还认为，他们所揭示的详细凝固途径显示出增材制造的“难以打印”高温合金的广阔潜力，并有助于未来材料设计以获得更好的3D可打印性。
