维度网讯，美国约翰霍普金斯大学研究人员构建了一种基于热信息与模拟引导的工艺框架，用于稳定薄壁铝合金结构的金属挤压增材制造，该框架解决了此前限制该技术在高熔点金属中可靠性的两类热失效模式。

研究指出，将操作温度设定在接近原料熔点的位置，相比粉末床熔融和定向能量沉积工艺，具有效率和成本优势。然而，由于铝等活性、高熔点合金在金属挤压增材制造（MEAM）过程中的低粘度、高导热性和高表面张力，使得其工艺窗口变得狭窄。

约翰霍普金斯大学助理教授约亨·穆勒（Jochen Mueller）表示，研究团队引入了这个金属挤压增材制造框架，通过精确控制多种工艺参数，能够消除喷嘴堵塞和部件坍塌问题，从而实现稳定且高保真的薄壁铝打印。

研究人员将欠热和过热确定为高熔点金属在MEAM中的两种主要热失效模式。欠热是由于随着构建高度增加，热量会通过已沉积层散失，导致喷嘴尖端提前凝固和堵塞。而过热则发生在挤压速度超过沉积层冷却能力时，引起重熔和结构坍塌。

为应对两种失效模式，该团队在保持喷嘴温度和打印速度不变的情况下，逐层调整打印床温度，并采用基于时间的标准来确定每层在继续沉积前达到固相线所需的最短冷却时间。使用ER4043铝合金线材原料（按重量计约含5%硅和95%铝），该框架生产出的薄壁结构在整个构建高度上具有一致的表面粗糙度和可重复的几何形状。研究人员通过微观结构表征和力学测试对所得零件进行了评估，并在多种尺度和不同复杂几何形状的结构中展示了这一方法。