NIMS和大阪大學(xué)工程研究生院通過用大半徑平頂激光束(即強度均勻的激光束在整個梁的橫截面)。該技術(shù)可用于制造多種單晶材料，包括用于噴氣發(fā)動機和燃?xì)廨啓C的耐熱材料。

以前的研究報告說，可以使用電子束增材制造制造單晶。然而，該技術(shù)需要昂貴的設(shè)備，并且由于需要產(chǎn)生真空，其操作成本也很高，從而限制了其廣泛使用。盡管可以使用更便宜的設(shè)備進行激光增材制造，但以前使用這種技術(shù)制造單晶的努力都失敗了。當(dāng)用激光束照射金屬粉末原料時，它會熔化，形成固液界面。難以在界面附近沿相同方向生長晶粒并防止由它們的凝固引起的應(yīng)變誘導(dǎo)缺陷的形成。

發(fā)現(xiàn)該問題歸因于傳統(tǒng)高斯激光束的強度分布(即，激光束在光束的橫截面上具有鐘形強度)，這導(dǎo)致形成由取向較小的晶粒組成的多晶許多晶界。

這個NIMS-大阪大學(xué)工程研究生院研究小組成功地使用平頂激光束制造了單晶，在鎳粉上形成了一個平坦的熔池表面。單個晶粒以相同的方向生長，具有較少的應(yīng)變誘導(dǎo)缺陷。沒有晶界的單晶容易開裂，在高溫下非常堅固。這種新技術(shù)提供了一種方法，可以最大限度地減少晶體在凝固過程中的應(yīng)變產(chǎn)生和裂紋。此外，該技術(shù)不需要使用晶種，從而簡化了增材制造工藝。

除了鎳，這種激光增材制造技術(shù)還可用于將其他金屬和合金加工成單晶物體。噴氣發(fā)動機和燃?xì)廨啓C部件的形狀越來越復(fù)雜，重量越來越輕，使用耐熱鎳基超合金對這些部件進行增材制造的需求也在增長。由于單晶在高溫下比多晶更堅固，因此它們作為耐熱材料的實際應(yīng)用是有希望的。使用更便宜和廣泛使用的激光增材制造技術(shù)實現(xiàn)這一目標(biāo)的全球研發(fā)工作預(yù)計將迅速加強。