通過雙送粉系統(tǒng)或?qū)娱g材料切換,3D打印可實(shí)現(xiàn)多金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)。例如,銅-不銹鋼梯度材料用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁,銅的高導(dǎo)熱性可快速散熱,不銹鋼則提供高溫強(qiáng)度。NASA開發(fā)的GRCop-42(銅鉻鈮合金)與Inconel 718的混合打印部件,成功通過超高溫點(diǎn)火測(cè)試。挑戰(zhàn)在于界面結(jié)合強(qiáng)度控制:不同金屬的熱膨脹系數(shù)差異可能導(dǎo)致分層,需通過過渡層設(shè)計(jì)(如添加釩或鈮作為中間層)優(yōu)化冶金結(jié)合。未來,AI驅(qū)動(dòng)的材料組合預(yù)測(cè)將加速FGM的工程化應(yīng)用。新型高熵合金粉末的開發(fā)為極端環(huán)境下的金屬3D打印提供了材料解決方案。北京鈦合金粉末品牌

荷蘭MX3D公司采用的
電弧增材制造(WAAM)打印出12米長(zhǎng)不銹鋼橋梁,結(jié)構(gòu)自重4.5噸,承載能力達(dá)20噸。關(guān)鍵技術(shù)包括:① 多機(jī)器人協(xié)同打印路徑規(guī)劃;② 實(shí)時(shí)變形補(bǔ)償算法(預(yù)彎曲0.3%);③ 在線熱處理消除層間應(yīng)力。阿聯(lián)酋的“3D打印未來大廈”項(xiàng)目采用鈦合金網(wǎng)格外骨骼,抗風(fēng)荷載達(dá)250km/h,材料用量比較傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)減少60%。但建筑規(guī)范滯后:中國(guó)2023年發(fā)布的《增材制造鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》將打印件強(qiáng)度折減系數(shù)定為0.85,推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。 海南粉末咨詢鎢合金粉末通過粘結(jié)劑噴射成型技術(shù),可生產(chǎn)高密度、耐輻射的核工業(yè)屏蔽構(gòu)件與醫(yī)療放療設(shè)備組件。

模仿蜘蛛網(wǎng)的梯度晶格結(jié)構(gòu),3D打印鈦合金承力件的抗沖擊性能提升80%??湛虯350的機(jī)翼接頭采用仿生分形設(shè)計(jì),減重高達(dá)30%且載荷能力達(dá)15噸。德國(guó)KIT研究所通過拓?fù)鋬?yōu)化生成的髖關(guān)節(jié)植入體,彈性模量匹配人骨(3-30GPa),術(shù)后骨整合速度提升40%。但仿生結(jié)構(gòu)支撐去除困難:需開發(fā)水溶性支撐材料(如硫酸鈣基材料),溶解速率控制在0.1mm/h,避免損傷主體結(jié)構(gòu)。美國(guó)3D Systems的“仿生套件”軟件可自動(dòng)生成輕量化結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)效率提升10倍。
電子束熔化(EBM)在真空環(huán)境中利用高能電子束逐層熔化金屬粉末,其能量密度可達(dá)激光的10倍以上,特別適合加工高熔點(diǎn)材料(如鈦合金、鉭和鎳基高溫合金)。EBM的預(yù)熱溫度通常為700-1000℃,可明顯降低殘余應(yīng)力,避免零件開裂。例如,GE航空采用EBM制造LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴,將傳統(tǒng)20個(gè)零件集成為單件,減重25%,耐溫性能提升至1200℃。但EBM的打印精度(約100μm)低于SLM,表面需后續(xù)機(jī)加工。此外,真空環(huán)境可防止金屬氧化,但設(shè)備成本和維護(hù)復(fù)雜度較高,限制了其在中小企業(yè)的普及。梯度金屬材料的3D打印實(shí)現(xiàn)了單一構(gòu)件不同區(qū)域力學(xué)性能的定制化分布。

納米級(jí)金屬粉末(粒徑<100nm)可實(shí)現(xiàn)超高分辨率打印(層厚<5μm),用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和醫(yī)療微型傳感器。例如,納米銀粉打印的柔性電路導(dǎo)電性接近塊體銀,但成本是傳統(tǒng)蝕刻工藝的3倍。主要瓶頸是納米粉的高活性:比表面積大導(dǎo)致易氧化(如鋁粉自燃),需通過表面包覆(如二氧化硅涂層)或惰性氣體封裝儲(chǔ)存。此外,納米顆粒吸入危害大,需配備N99級(jí)防護(hù)的封閉式打印系統(tǒng)。日本JFE鋼鐵已開發(fā)納米鐵粉的穩(wěn)定制備工藝,未來或推動(dòng)微型軸承和精密模具制造。
水霧化法生產(chǎn)的316L不銹鋼粉末成本較低,但流動(dòng)性略遜于氣霧化制備的粉末。北京鈦合金粉末品牌
等離子球化技術(shù)通過高溫等離子體將不規(guī)則金屬顆粒重新熔融并球形化,明顯提升粉末流動(dòng)性和打印質(zhì)量。例如,鎢粉經(jīng)球化后霍爾流速?gòu)?5s/50g降至22s/50g,堆積密度提高至理論值的65%,適用于電子束熔化(EBM)工藝。該技術(shù)還可處理回收粉末,去除衛(wèi)星粉和氧化層,使316L不銹鋼回收粉的氧含量從0.1%降至0.05%。德國(guó)H.C. Starck公司開發(fā)的射頻等離子系統(tǒng),每小時(shí)可處理50kg鈦粉,成本較新粉降低40%。但高能等離子體易導(dǎo)致小粒徑粉末蒸發(fā),需精細(xì)控制溫度和停留時(shí)間。北京鈦合金粉末品牌