金属3D打印技术不断进步，特别是在增强航空航天和汽车工业的零件方面。最近，研究人员强调了3D打印铝合金中的一项发现：称为准晶体的原子结构。这些准晶体很特殊。与食盐等具有规则、重复的原子模式的传统晶体不同，准晶体采用了不同的组织结构。它们的结构填充了空间，但却从未重现完全相同的图案。这种有组织的无序性可以提供有趣的机械特性，这解释了它们在增材制造领域引起人们的兴趣。

在观察一种新型铝合金样本时，研究员安德鲁·艾姆斯注意到原子的异常排列。通过与美国国家标准与技术研究院(NIST)的其他专家合作，他能够确认这些是准晶体，这种罕见的结构似乎也能提高合金的强度。

彭罗斯平铺图案很好地说明了准晶体的行为。它使用了一些简单的几何形状，但将它们组合在一起却形成了一种复杂的设计，即使规模很大，也不会重复。

准晶体使合金强度更高

由于这一发现，我们有可能设计新的增强铝合金，并特意使用准晶体来提高其性能。NIST团队不仅发现了这些罕见的结构，而且还证明它们有助于增强材料的强度。铝是3D打印中难以控制的金属。据NIST物理学家张帆称，最强大的版本在尝试打印时往往会破裂，从而无法使用。部分问题在于，为了打印，铝必须被加热到极高的温度，远远超过其熔点，这会改变其结构和性质。

2017年，科学家开发出一种由铝和锆制成的特殊合金，可以进行3D打印且不会开裂。受到这一进展的启发，NIST决定在原子尺度上分析其结构。正如张帆所解释的那样，了解原子如何组织对于确保材料的可靠性至关重要，特别是如果它要用于军事航空等敏感应用。他们的研究表明准晶体在该合金的性能中起着关键作用。在金属中，过于规则的原子排列会使金属变得更脆弱，因为它会促进内部滑动，从而导致变形。准晶体通过打破这种规律，创造出阻止这些运动的区域，使材料更具抵抗力。

编译整理：3dnatives