准晶体结构的发现让金属3D打印领域取得新突破

   金属3D打印技术持续取得突破，尤其在提升航空航天与汽车工业零部件性能方面。近期，研究人员重点指出3D打印铝合金中的一项新发现：一种名为准晶体的原子结构。这类准晶体具有独特性。不同于食盐等传统晶体所具备的规则且重复的原子排列模式，准晶体展现出截然不同的组织形式。其结构虽能填充空间，却始终不会重复完全相同的图案。这种有序的无序特性可赋予材料特殊的机械性能，这也解释了为何准晶体在增材制造领域引发关注。

    研究员安德鲁·艾姆斯在研究一种新型铝合金样本时，发现原子排列存在异常现象。通过与美国国家标准与技术研究院（NIST）的专家团队合作，他成功确认这些异常结构为准晶体。这种罕见结构似乎具备提升合金强度的能力。

    彭罗斯平铺图案为准晶体的特性提供了直观说明。该图案采用若干简单几何形状，但通过组合可形成复杂设计，即使扩展至较大规模，仍不会出现重复图案。

    基于这一发现，未来有望设计出新型增强铝合金，并刻意利用准晶体来提升材料性能。NIST团队不仅揭示了这些罕见结构的存在，还证实其具备增强材料强度的功能。铝在3D打印过程中属于难以精准控制的金属类别。据NIST物理学家张帆介绍，目前性能最强的铝材料在打印时易出现开裂问题，导致无法实际应用。部分原因在于，铝在打印过程中需被加热至远超其熔点的高温，这会改变其结构与性质。2017年，科学家成功开发出一种铝锆合金，该合金可实现3D打印且不会开裂。受此进展启发，NIST决定从原子尺度解析其结构。正如张帆所言，理解原子排列方式对确保材料可靠性至关重要，尤其是当材料需应用于军事航空等敏感领域时。研究结果表明，准晶体在该合金的性能中扮演关键角色。金属中过于规律的原子排列会降低其韧性，因其易引发内部滑动从而导致变形。准晶体通过打破这种规律性，形成阻碍滑动的区域，进而提升材料的抗变形能力。