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非晶合金積層製造

積層製造領域的新型超級材料

非常堅固，同時又具有高彈性：非晶合金，又被稱為金屬玻璃，是適用于眾多高科技應用的新型積層製造超級材料。其激動人心的特性在醫療技術、航空航太、機器人、電動出行等領域或生活方式領域擁有製造創新部件的巨大潛力。*

什麼是非晶合金？

非晶合金也稱為金屬玻璃，是一種非常出色的多功能材料。因為它們雖然非常堅固，但卻同時具有高彈性。這實際上是兩種相反的特性，金屬玻璃的獨特性質使其成為可能。不同於晶體材料，非晶合金不具備有序的晶格結構。這由熔體的高冷卻速率引起。如此會阻止顆粒在金屬中均勻排列。結果：無定形，即非晶固體，其中原子幾乎保持無序狀態。

金屬玻璃具有哪些優勢？

在具有高硬度和高強度的同時具有高彈性：由於這種獨特的組合在非晶部件的生產中具有無數優勢。

各向同性表現

非晶部件在所有空間方向上都具有相同的材料特性。從而帶來了諸多優勢，例如在積層製造中，因為結合部件校準可以充分利用安裝空間。

生物相容性

3D列印的非晶部件具有生物相容性，因此非常適合用於諸多醫療技術應用。從而可以針對患者體格量身定制非晶植入物。

彈性

非晶合金具有高屈服點和近2%的彈性伸展。從而在植入物、感應器或固體關節的製造中產生了許多優勢，因為彈性得到了顯著改善。

輕質結構

由於強度高，非晶合金製成的部件可以做得更薄、更省材，從而更輕。這在機器人或醫療技術領域尤其重要，在航空航太和電動汽車領域也是如此。

應用於極冷環境

非晶合金在低溫下也具有延展性，即它們可以出色應用於極低溫的應用並保持其特性。因此，該材料類別非常適合用於航空航太工業。

耐磨性

非晶合金具有非常高的硬度，因此磨損率低，可與陶瓷相媲美。這種特性尤其對刀具和模具製造中的高要求組件以及高品質手錶等生活方式產品尤為重要。

非晶合金 – 關於新型超級材料的3個問題

如何3D列印非晶合金？

TRUMPF和Heraeus AMLOY聯合開發了一種工藝，具有非常精細的焦點和極小的熔體體積。熱量迅速消散。從而達到200開爾文/秒的臨界冷卻時間：從粉末床中構建量身定制且非晶固化的植入物。

非晶合金對植入物有何貢獻？

由於金屬玻璃不具備晶格，其表現與其他金屬極為不同。它們非常堅固和耐磨，同時具有高彈性。因此，由非晶合金製成的植入物也能承受人體內的巨大壓力。這不僅包括打擊或碰撞。頜骨在啃咬和咀嚼時經常持續受到壓力；一個肋弓每年承受約八百萬次呼吸運動。

為何金屬玻璃非常適合3D列印骨骼？

非晶合金具有接近人體骨骼的彈性模量。這對愈合過程和先天虛弱區域的恢復能力具有巨大優勢。同時，這些合金具有耐腐蝕性和生物相容性。

非晶金屬合金 – 聚焦4種特性

Heraeus AMLOY已開發出非常適合用於製造創新植入物的創新合金。鋯基合金如Amloy-ZR01和Amloy-ZR02已經可用。後者已是符合ISO 10993-5和ISO 10993-12認證的生物相容性材料。此外，鈦被認為是製造骨植入物或心臟起搏器等醫療組件的材料。目前針對醫療技術用途的鈦合金研究前景非常廣闊。無論鈦還是鋯，非晶合金都以其獨特的特性令人印象深刻，因而非常有利於特定應用。

彈性模量

非晶合金的彈性模量較低（Amloy-ZR01的彈性模量為87 GPa，Amloy-ZR02的彈性模量為89 GPa）。由於其與人體骨骼非常相似，因此這種合金非常適合醫療應用。

硬度

金屬玻璃的特點便是硬度非常高，Amloy-ZR02的硬度可達540 HV。這便伴隨有極佳的耐磨性，其在例如生產高品質生活方式（手錶）方面發揮優勢。

屈服點

非晶合金的屈服點非常高（> 1,300 MPa）。因此，結合比鋼更低的密度，它們特別適合用於輕質結構應用。

彈性伸展性

非晶合金非常高的伸展性（> 1.5 %）確保部件在彈性範圍內吸收大量能量並在不變形的情況下再次釋放。因此，這些合金非常適合用於有彈性要求的應用。

存在哪些非晶應用？

從生活方式（手錶）到醫療技術再到輕質結構：非晶合金為眾多行業開闢了全新應用可能性。一大主要優勢來源於3D列印和金屬玻璃的結合。立即探索！

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非晶應用有哪些？

無論是代表生活方式的腕表，還是醫療技術，乃至輕質結構：非晶合金為眾多產業和行業開闢了新的應用選擇。因為透過積層製造技術和金屬玻璃的組合，首先就可以實現：優化材料加工，並製作出具有光滑表面的精細結構。對耐腐蝕性和耐磨性具有嚴苛要求的應用就得以順利實現。

醫療技術

非晶合金可滿足醫療技術所需：是製造耐用手術刀或微創器械的理想材料。未來，非晶合金也將在人體中發揮重要作用——以植入物的形式。

腕關節植入物：橈骨加壓接骨板

3D 列印機製造的量身定制非晶植入物，既具有必要強度，同時又足夠靈活，可以跟隨動作並提供緩衝。此外，積層製造的多孔表面結構有利於骨骼的生長。與其他材料相比，1 微米的表面品質在列印後直接得到顯著改善。如需重新取出，這種植入物也具有明顯優勢。（圖片來源：Heraeus AMLOY）

生活方式產品

高品質和耐刮擦的可拋光表面為生活方式產品錦上添花。因此，非晶合金對於高品質的娛樂電子產品、腕表和首飾至關重要。

吉他琴橋

良好的傳導性對於吉他琴橋至關重要。由於非晶合金非常有彈性，它們可以更直接地傳導彈奏的音調並使其持續更長時間。非晶合金的高強度讓設計的發揮更具自由：可以 3D 列印個性化仿生結構，額外改善音色。（圖片來源：Heraeus AMLOY）

錶殼

瑞典公司 Oskar Pascal 生產出了世界首個由 ZR01 金屬製成的錶殼，其強度是不銹鋼的三倍。出色的表面品質贏得了用戶青睞，並極大地促進了生活方式腕表與其所有者之間的情感聯繫。與傳統金屬鑄造相比。過冷製程（Supercooling）可實現水準更高的防腐保護性能和出色的斷裂韌性。（圖片來源：Oskar Pascal）

耳機

森海塞爾的入耳式耳機 IE 600 的外殼以鋯合金原料 3D 列印而成，強度和抗彎度都是高性能鋼的三倍。成品從美學和功能方面都達到了新高度：因此不僅表面呈現迷人的半霧面質感，而且還特別耐腐蝕、耐刮擦。（圖片來源：森海塞爾）

一般工業

積層製造使許多工業製造部件能夠「一體化」製造。這樣一來，就不必製造單一部件，然後再進行組裝。

非晶膨脹式夾緊套

透過 3D 列印非晶合金，膨脹式夾緊套具有很大的改進潛力。由於非晶合金較傳統材料具有更高的彈性，因此它們可以更好地夾緊。（圖片來源：Heraeus AMLOY）

使用這些機台列印非晶材料——甚至量產

為什麼積層製造技術和非晶合金是真正的夢幻組合：在此處閱讀 TRUMPF TruPrint 系統與 Heraeus AMLOY 專門優化的高純度粉末是如何出色配合的。

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使用這些機台列印非晶材料——甚至量產

真正的夢幻組合：積層製造和非晶合金。換言之：TRUMPF TruPrint 系統結合 Heraeus AMLOY 專門優化的高純度粉末。因為 TruPrint 1000 和 2000 特別適合 3D 列印非晶合金。較小的光束直徑可實現卓越的表面品質。由此簡化對表面的整修甚至無需整修。多餘粉末可以在保護氣體中進行惰性處理，用於進一步的雷射選區熔化流程。這就可以保護材料免受有害影響，如迅速與金屬玻璃發生反應的氧氣。憑藉 55 µm 的光束直徑，雷射會產生一個小熔池。熱量會迅速散發，並保持 200 克耳文每秒的臨界冷卻速度。這樣金屬就不會結晶。在 TruPrint 2000 中，兩個 300 瓦的雷射器甚至可以並行照亮整個成型空間。這樣就可高質高產地製造非晶零部件。此外，得益於狀態監控、Powder Bed Monitoring 和 Melt Pool Monitoring，在早期就可識別到過程中的錯誤。萬無一失。