很多小伙伴玩家都不太清楚失落了近300年的“绝世好钢”重出江湖！科学家3D打印大马士革钢，那么今天解雕侠小编给大家带来一篇 相关的文章，希望大家看了之后能有所收获，最后请大家持续关注我们！
网红技术3D打印，给了我们一个惊喜。 不仅是复杂的形状，在材料性能方面也表现出了很大的想象空间。
作者|杨怀超纳米材料博士
编辑|龙浩高佩雯
不求连城璧，只求伤剑。 一次性武器是古代地面大师的标准装备。 这个古老的东西，现在和最新的科学技术联系在一起了。
最近，来自德国的科学家用3D打印技术制作了“绝世钢坯”。 灵感来自18世纪之前的古法制钢技术——大马士革钢。 这个源于古印度的秘技，可以把铁铸造成硬度和韧性兼具的好钢，在当时的冷兵器时代被认为是神器。
而秘诀就在于不同成分的钢铁层层叠叠，一层硬，一层韧，使最终制成的兵器能长期保持刀刃锋利。 3D打印就是遵循这一思路，直接生产出了失落已久的大马士革钢！
研究详情发表在6月24日的《自然》杂志上。
动江湖的老法制钢
中国古代有越王勾践剑，英格兰有石中剑和断钢剑，日本有天丛云剑，伊斯兰国有让欧洲人羡慕的大马士革钢刀剑。
传说这种来自东方的魔法材料，使12世纪东征穆斯林的英国十字军感到害怕，并热烈追赶。 13世纪埃及的马穆鲁克骑兵以较少的胜利击退了两倍以上的蒙古士兵。 拿破仑评价说：“马穆鲁克骑兵对法国步兵天下无敌。”
古代大马士革的小刀。 冷兵器时代，铸铁术直接影响战争的成败。 |来自网络
但是，这在18世纪结束了。 远征法国的火炮打败了这些中世纪用骏马宝刀战斗的东方勇士。 大马士革钢原产地印度也被英国人劫持，锻造技术在18世纪中叶神秘消失。
前述《自然》杂志的研究表明，技术丧失可能是由于锻造大马士革钢的原材料成分发生变化，矿石中的一种或几种微量成分消失。 采集了用于采访的矿脉，铁匠们用眼睛无法察觉到这样的变化，但是以前的大马士革钢已经做不出来了。
“石成金”的微观成分
为什么肉眼看不见的微量成分决定大马士革钢的命运？ 从现代科学来说，这很好解释。
我们日常看到的材料，并不是一个个原子组成的。 原子之间的结合程度决定了材料的硬度、韧性、光泽等。 即使是现代炼钢，为了获得特定的性能，也经常会添加一些多余的成分。
在钢材中，用于调节硬度的通常是碳。 在纯铁中，铁原子排列在面心立方或体心立方，质地非常柔软。 但是，加入碳时，碳和铁结合形成金属化合物碳化铁( Fe3C )。 铁和碳之间的结合力远远高于铁原子之间的结合力，因此硬度大幅增强。
仔细一看大马士革钢，其表面有云海般梦幻的银黑图案。 这些图案是由碳含量的不同造成的。 生动地表达了什么是刚柔结合。
其中黑色花纹含碳量低( 0.8 ) (珠光体) )现代炼钢也是这样称呼的。 韧性非常好，但硬度不高。 也就是说很软。 银色花纹是含碳量高的( 6.7 )渗碳体，硬度一直很高，但韧性几乎为零，也就是脆。
这两种成分单独制造刀剑，都不过3秒钟，但组合起来，锋利与韧性兼具，所向无敌。
典型的大马士革刀及其表面图案。 |来自网络
很难知道古人是怎么做到这种细致的控制的，不仅仅是反复锻打和升降降温。 我国的越王勾践剑和日本的刀剑，也使用了这种刚柔结合的结构设计。 它们代表着古法冶金的高峰。
3D打印可以吗
3D打印是近年来热门的网红技术，曾被称为“第四次工业革命”，屡受资本追捧，屡遭冷落，享受着过山车般的待遇。 但它确实有传统制造技术难以实现的好处。
与现有技术不同，是逐层制造技术，也称为增材制造技术。 顾名思义，这意味着在制造过程中材料被添加到了上面。 传统的减材制造技术，如车、铣、刨、磨等，材料在不断减少。
这样可以很容易地创建具有复杂结构的对象。 因为，只要使用增材技术，再复杂的模型，只要将其“拆”成切片，再利用计算机控制，将熔融态材料(或其他可切片成形的材料)一层一层地堆积起来，就能完成。
用电脑控制3D打印成型过程(点击观看视频) |来自网络
比如下一枚棋子，国际象棋大王和皇后。 左造型比较简单，采用传统的减材工艺，拿着两根圆柱在车床上沿外廓走一圈，就完了。 但是，右边的那一对，很难。 只要大神级的工匠，普通人做不到，制造成本也会相当高。
普通棋子(左)和3D打印棋子(右) |作者供图
但是，在3D打印技术中，价格是公平的。 因为把熔融的材料从底部一层一层地涂在上面，冷却固化就完成了。 成本和打印一对简单的棋子差不多。
不拘泥于这种复杂性，极其灵活的制造方式，大大扩展了设计师的思路。 从观赏模型到工业应用，各种各样。 最近风靡一时的《神笔马良》，让很多人大吃一惊。
3D打印工艺品(上)和3D打印笔作品(中下)。 |素材来自网络
但是，各种各样的设计，带来了审美的疲劳。 3D打印这么简单，打印出多么复杂的结构也就不足为奇了。
但没想到，科学家将这一特性扩展到了材料性能控制领域，给3D打印带来了全新的想象空间。
用网红技术印刷古法钢坯
在这项新研究中，来自德国马普托的科学家用激光控制熔融金属，喷涂出类似于古代大马士革钢的微结构。 激光用于加热金属，可以实现准确的升温和降温。 就像古代工匠的手法被精密的机器所取代一样。
实验获得了漂亮的图案，表明制成的钢坯确实有大马士革钢的“味道”。 而且，其机械性能比传说中的大马士革钢还要好。
3D打印大马士革钢。 通过计算机控制高速冷却和循环再加热等热处理过程，实现特定的合金微结构。 | Max Planck Society Frank Vinken
这个钢有1300MPa的拉伸强度和10%的延伸率。 MPa是压力单位，相当于10个大气压。 这钢的抗拉强度达到了1.3万个大气压。
一般钢筋的抗拉强度为370~630MPa，该钢的抗拉能力是普通钢材的2~3倍。 按普通成年男性极限硬张力70kg计算，扯断一根直径8mm的3D打印钢筋，需要约95名男性一起上阵。
如果你害怕站不住脚，你也可以成为世界第一的大力士。 14个人就足够了。 但是，地球上只有一个这样的大力士。
其实，不仅是钢材，钛合金也可以通过3D打印形成微结构，使弯曲强度提高25%。
当然，这是另一项研究，时间更早，当时也引起了关注。 因此，美国倒闭了几家公司，后来因为是中国的王华明教授做的，被院士评价。
更多的应用，更多的想象
依靠精确的数控，3D打印不仅能提高钢材的机械性能，其强大的微结构控制能力，也已经应用于许多领域。 因为不用进行复杂的金属热处理，所以在其他领域早就大放异彩了。
例如，利用3D打印加工的光子晶体，可以吸收某些特定的光，提高二极管的发光效率，将来也可以用于像变色龙一样能够根据环境改变颜色的智能皮肤。
利用可以在直径不足200m (头发粗细程度)的纤维前端直接制作内窥镜的3D打印技术，对其精密性表示钦佩。
在光纤前端制作内窥镜。 |来自网络
还可应用于生物模拟领域，如利用3D打印技术模拟曼氏结构，实现高效雾水收集，有望应用于液滴输送、药物输送、细胞牵引、海水淡化等科技领域。
还有3D打印的微流体芯片，可以低成本迅速进行微生物和细胞检查。
资本偶尔会唱3D打印，但在科技领域可以说一直很受欢迎。
相关论文： Philipp Krnsteiner，Markus Benjamin Wilms，AndreasWeisheit，high-strengthdamascussteelbyadditivemanufacturing，naturing
文章以“十点科学”( ID:Science_10 ) )公众号公开。 欢迎转发朋友圈。 请注明出处。
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