MatterWave用机械波介入金属凝固：Daedalus早期结果显示疲劳寿命最高提升10倍

金属3D打印在把粉末熔化这件事上已经相当成熟，但金属冷却、凝固时到底发生什么，很大程度上仍靠运气。

对任何做激光粉末床熔融（LPBF）的人来说，这些结果并不陌生，残余应力、开裂、不同零件之间的差异，还有一长串热处理和鉴定测试。

结果就是，目前能稳定打印的合金只有少数几种。

美国初创公司MatterWave希望控制的就是冷却这一步。

它的改装模块Daedalus装在现成金属3D打印机的构建板上，熔池凝固时朝熔池发送调过频的机械振动，实时塑造金属的晶体结构。

在SME的奖项申报材料里，MatterWave报告称，把机械振动用在LPBF模拟焊缝上的早期结果显示，疲劳寿命最高提升了10倍。

我们采访了MatterWave首席执行官兼联合创始人亚历克斯·蒂利察，聊了聊这项技术怎么工作，公司为什么选择改装而不是自己造打印机，以及它可能解锁哪些材料。

蒂利察来自罗马尼亚，做金属增材制造研究超过十五年，包括在香港科技大学的博士和博士后研究。

他想弄清楚，这项技术前景明明很好，为什么生产里很少有人用。

靠着自己的波物理学背景，他得出一个判断，低疲劳寿命、重复性差以及需要热处理等问题，都能追溯到金属冷却时晶体结构的形成方式。

MatterWave最初在香港着手自建金属3D打印机。

搬去美国后，团队想明白了，商用LPBF设备的能力已经够用，资料也足够完整，没必要重新发明轮子。

蒂利察解释说，「所以我们只专注一件事，我们的核心专长是什么，我们能做而地球上其他人都做不到的事情是什么。」

据蒂利察说，打印机制造商在加热金属粉末方面已经非常出色，但从液态到固态的转变在很大程度上仍是被动的。

Daedalus想把它变成主动的。

这个模块其实是一组换能器，在熔池凝固时引入特定频率和振幅的振动，影响晶体的形核和排列方式。

频率会根据每种材料的热机械性能和其他参数进行调谐。

这些振动是声子，也就是光子的机械对应物，公司名称也由此而来。

因为模块只需要适配构建空间，MatterWave说它几乎能装到任何金属3D打印机上。

对LPBF和定向能量沉积（DED）这类要熔化材料的工艺，效果最大。

这项技术最大的承诺之一，是拿下那些现在因为太容易开裂而根本没法打印的材料。

蒂利察解释说，开裂通常要回到晶体怎么形成这件事上。

比如在高碳钢里，被困在晶格中的碳会产生应力，让材料变脆。

用了Daedalus，晶体更早形成，合金元素有时间扩散到晶格之外，最后留下的是应力更小、延展性和弹性更好的结构。

他说，在最近于奥兰多举行的国际先进制造会议（ICAM）上，潜在客户对7075铝合金、哈氏合金、Inconel 738、939和247以及工具钢等合金表现出兴趣。

蒂利察说，「在金属增材制造这块，就我们目前能够正确3D打印的材料来说，真的只是刚刚起步。有很多研究，每个人都在提出自己可以更容易打印的新合金……但我们还有许多其他合金，是我们深入了解并正在研究的。」

MatterWave已经在EOS M 290上安装了Daedalus，并按照最近拿到的一份航空航天领域合同，开始对Inconel 718做全面鉴定测试。

目标是把这项技术能够减轻热处理和鉴定负担这件事，扎扎实实地证明出来。

蒂利察说，ICAM上业界提出的主要障碍之一就是这个。

他估计，鉴定一个金属增材制造工艺通常需要一到两年，成本约为一百万美元或更多。

这些时间和成本很大一部分来自波动，不同机器、不同几何形状，甚至同一块构建板上的不同位置，性能都可能不一样。

MatterWave希望缩小这种分散度，让鉴定更快，最终做到汽车制造里那种统计抽样。

长期目标是通过把所需机械性能直接打印到零件里，逐步减少对消除应力、热等静压（HIP）和其他热处理等后处理的依赖。

MatterWave把这叫作「可编程物质」。

蒂利察承认，这是一个需要时间的高远目标。

尽管已经做了十多年研究，MatterWave仍把自己描述为早期阶段。

今年，它开始作为美国政府小企业创新研究资助项目下的分包商做事。

蒂利察说，自从他2017年发表关于这个方法的首项工作以来，世界各地的研究小组已经在不同的机器、材料和频率范围上做了验证。

公司现在正在验证自己的商业主张，估计大约两年后可能推出。

被问到最后的想法时，蒂利察只回了一个词，兴奋。

「我对未来感到兴奋，因为我们潜在解锁的东西真的可以让整个行业蓬勃发展。」

想了解更多关于MatterWave的信息，可以去它的网站看看。

像Daedalus这样的改装模块，能不能成为解锁金属3D打印新合金的关键？