曾经制约制造业发展的3D打印材料难题正在得到缓解，从尼龙玻纤到钛合金，一系列创新材料正助力工程领域克服长期存在的设计限制。
中国科学院金属研究所研发团队开发出一种新型3D打印后处理技术，制备出的钛合金材料在各种应力条件下均展现出优异的抗疲劳特性，其综合疲劳性能达到行业先进水平。
这项研究成果已在国际学术期刊上发表，为3D打印技术在高精度领域的应用提供了新的可能性。
01 抗疲劳钛合金：提升3D打印可靠性
3D打印技术能够制造结构复杂、重量较轻的金属部件，对于需要减重和一体化设计的新一代航空器、航天设备等高端装备具有明显优势。
但3D打印金属部件长期存在一个技术难点——疲劳性能有待提升，即在反复受力后容易出现裂纹甚至断裂，这制约了其作为主要承力结构的应用范围。
2024年初，研究团队开发出NAMP新工艺，能够精确调控材料内部结构和缺陷。采用此工艺制备的常用钛合金Ti-6Al-4V，可同时减少微孔和粗大组织，这两者都是引发疲劳问题的关键因素。
02 多场景适用材料：适应复杂工况
航空发动机叶片、起落架等实际工程部件的受力情况复杂多样，不仅存在拉伸应力，也存在拉压交替等情况。不同的应力条件会引发材料内部不同的损伤机制。
传统钛合金微观组织结构往往具有局限性——仅在特定应力条件下表现良好，更换应力环境后性能可能下降。这使得开发能够适应多种工况的材料成为技术挑战。
研究团队深入分析了钛合金中几种容易导致疲劳开裂的薄弱环节，以及它们在各种受力模式下的表现规律。利用NAMP工艺制备的3D打印组织，可以同步优化多个薄弱环节。
03 性能显著提升：达到行业先进水平
实验结果表明，这种新型3D打印钛合金在不同应力条件疲劳测试中，疲劳强度明显提升，其"比疲劳强度"（强度除以密度）也表现出色，达到行业先进水平。
在前期研究中，团队制备出的近Net-AM组织Ti-6Al-4V合金的拉-拉疲劳强度从原始态的475兆帕提升至978兆帕，提升幅度明显，在钛合金材料中展现出优异的拉-拉疲劳性能。
04 铝合金同步进展：改善打印质量问题
在钛合金取得进展的同时，3D打印铝合金技术也获得重要提升。相关研发机构采用单流雾化技术制备的高品质铝硅镁合金粉末质量达到行业要求。
数据显示，该批粉末性能良好：球形度超过90%，流动性为52.32秒/50克，氧增量控制在了较低水平。
材料企业推出了多款金属3D打印粉末材料，包括高强铝合金CA224H和CA750H，有效解决了传统2系和7系铝合金打印容易开裂的问题。
CA224H热处理后抗拉强度达到550MPa，疲劳性能为210MPa10^7，超过了航空手册170MPa的基准要求。CA750H热处理后抗拉强度为575MPa，疲劳强度为260MPa10^7，满足航空领域标准。
05 智能化研发：技术加速材料创新
材料企业发布了自主研发的材料智能系统（DM Agent）。这一软硬件整合方案具备文献分析、成分优化、工艺优化、实验分析和对比迭代的全流程能力，实现了材料研发的智能化。
该公司研发负责人表示，已构建"文献数据-实验数据-仿真/计算数据"协同的数据采集体系。通过自主开发的语言模型数据提取软件，有效获取文献中的专业知识。
06 应用前景广阔：从航空航天到电子领域
这些技术进展为3D打印技术在各行业的应用开辟了新的空间。
在航空航天领域，抗疲劳钛合金能够满足飞机发动机叶片、起落架等重要部件的性能要求。
在电子领域，开发的中强铝合金家族包括CA613M、CA661M和CA663M三款产品，成功解决了传统6系铝合金打印开裂问题，热处理后抗拉强度达到450MPa，室温热导率为217 W/(m*K)，为消费电子外观件制造提供了新的选择。
模具制造也正在经历技术变革。新推出的模具钢CF30H1、CF30H2在强韧性、抗回火稳定性、抗热龟裂性以及导热性方面表现良好，为一体化压铸等应用场景提供更长的使用寿命。
随着创新材料不断推出，工业级3D打印正从"能够打印"向"打印优良"迈进。
智能化技术正在加速材料研发进程，过去需要较长时间的金属材料研发周期，现在得以明显缩短。
3D打印技术已经跨越了只能制造原型和简单零件的阶段，进入关键承力结构件制造的新时期。
