日本东北大学材料研究所和新产业创造孵化中心的研究人员在多材料3D打印技术方面取得了突破，展示了制造轻质且耐用汽车零件的过程。

金属3D打印的过程涉及逐层沉积金属，并使用热量将它们粘合在一起以构建物体。3D打印的精度允许生产独特、高度可定制的形状，这些形状通常比传统制造方法产生更少的废物副产品。也可以通过3D打印创建“多材料结构”，这些结构通过战略性地结合不同材料以获得组件的最佳性能。例如，通过将钢铁与铝结合，可以使汽车零件更轻。由于这些好处，掌握这样的3D打印技术正受到研究人员的极大关注。

然而，这项技术确实带来了一些挑战。

“多材料是增材制造领域的热门话题，因为它的过程灵活性，”东北大学的副教授山中健太解释说，“然而，在实际实施中的主要挑战之一是，对于某些金属组合，如钢和铝，在不同金属界面处可能会形成脆性金属间化合物。因此，虽然材料现在更轻，但最终却变得更脆。”

这项研究的目标是生产一种既轻质又不牺牲强度的钢铝合金。为此，研究团队使用了激光粉末床熔化（L-PBF），这是主要的金属3D打印技术之一，它使用激光选择性地熔化金属粉末。他们发现，增加激光的扫描速度可以显著抑制脆性金属间化合物（如Al5Fe2和Al13Fe4）的形成。他们提出，这种更高的扫描速度导致了所谓的非平衡凝固，这最小化了导致材料弱点的溶质分配。他们创造的产品因此展示了强大的结合界面。

“换句话说，你不能仅仅将两种金属放在一起就指望它们粘在一起而没有计划，”东北大学的特别任命助理教授Seungkyun Yim说，“我们首先必须充分理解原位合金化机制。”

基于这一成就，他们成功原型化了世界上第一个全尺寸汽车多材料组件（悬挂塔）并具有定制的几何形状。研究小组打算将这些发现应用于其他需要改进结合问题的金属组合，这将允许更广泛的应用。