NASA的“OSAM-2”任務(wù)計劃在軌打印10米長Ka波段天線,采用鋁硅合金粉末(粒徑20-45μm)和電子束技術(shù)。微重力環(huán)境下,粉末需通過靜電吸附鋪裝(電場強(qiáng)度5kV/m),層厚控制精度±3μm。俄羅斯Energia公司測試了真空環(huán)境下的鈦合金SLM打印,零件孔隙率0.2%,但設(shè)備功耗高達(dá)8kW,遠(yuǎn)超衛(wèi)星供電能力。未來月球基地建設(shè)中,3D打印可利用月壤提取的金屬粉末(如鈦鐵礦還原成鈦粉)制造結(jié)構(gòu)件,但月塵的高磨蝕性需開發(fā)專業(yè)用送粉系統(tǒng),當(dāng)前試驗(yàn)中部件壽命不足100小時。粉末冶金鐵基材料的表面滲氮處理明著提升了零件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。浙江因瓦合金粉末

鈷鉻合金(如CoCrMo)因高耐磨性、無鎳毒性,成為牙科冠橋、骨科關(guān)節(jié)的優(yōu)先材料。傳統(tǒng)鑄造工藝易導(dǎo)致成分偏析,而3D打印鈷鉻合金粉末通過逐層堆積,可實(shí)現(xiàn)個性化適配。例如,某品牌3D打印鈷鉻合金牙冠,通過患者口腔掃描數(shù)據(jù)直接成型,邊緣密合度<50μm,使用壽命較傳統(tǒng)工藝延長3倍。在骨科領(lǐng)域,某醫(yī)院采用3D打印鈷鉻合金膝關(guān)節(jié)假體,通過多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計促進(jìn)骨長入,術(shù)后發(fā)病率從2%降至0.3%。但鈷鉻合金粉末硬度高(HRC 35-40),需采用高功率激光器(≥500W)才能完全熔化,設(shè)備成本較高。黑龍江金屬粉末咨詢金屬粉末的氧含量控制是保證3D打印過程穩(wěn)定性和成品耐腐蝕性的關(guān)鍵因素。

3D打印鎢-錸合金(W-25Re)噴管可耐受3200℃高溫燃?xì)?,較傳統(tǒng)鉬基合金壽命延長5倍。SpaceX的SuperDraco發(fā)動機(jī)采用SLM打印的Inconel 718燃燒室,內(nèi)部集成500條微冷卻通道(直徑0.3mm),使比沖提升至290s。關(guān)鍵技術(shù)包括:① 使用500W近紅外激光(波長1070nm)增強(qiáng)鎢粉吸收率;② 基板預(yù)熱至1200℃減少熱應(yīng)力;③ 氬-氫混合保護(hù)氣體抑制氧化。俄羅斯托木斯克理工大學(xué)開發(fā)的電子束懸浮熔煉技術(shù),可直接在真空環(huán)境中打印純鎢部件,密度達(dá)99.98%,但成本為常規(guī)SLM的3倍。
靜電分級利用顆粒帶電特性分離不同粒徑的金屬粉末,精度較振動篩提高3倍。例如,15-53μm的Ti-6Al-4V粉經(jīng)靜電分級后,可細(xì)分出15-25μm(用于高精度SLM)和25-53μm(用于EBM)的批次,鋪粉層厚誤差從±5μm降至±1μm。日本Hosokawa Micron公司的Tribo靜電分選機(jī),每小時處理量達(dá)200kg,能耗降低30%。該技術(shù)還可去除粉末中的非金屬雜質(zhì)(如陶瓷夾雜),將航空級鎳粉的純度從99.95%提升至99.99%。但設(shè)備需防爆設(shè)計,避免粉末靜電積聚引發(fā)燃爆風(fēng)險。鈦合金因其優(yōu)異的比強(qiáng)度和生物相容性,成為骨科植入物3D打印的先選材料。

3D打印多孔鉭金屬植入體通過仿骨小梁結(jié)構(gòu)(孔隙率70%-80%),彈性模量匹配人體骨骼(3-30GPa),促進(jìn)骨整合。美國4WEB Medical的脊柱融合器采用梯度孔隙設(shè)計,術(shù)后6個月骨長入率達(dá)95%。另一突破是鎂合金(WE43)可降解血管支架:通過調(diào)整激光功率(50-80W)控制降解速率,6個月內(nèi)完全吸收,避免二次手術(shù)。挑戰(zhàn)在于金屬離子釋放控制:FDA要求鎂支架的氫氣釋放速率<0.01mL/cm2/day,需表面涂覆聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)膜層,工藝復(fù)雜度增加50%。
水霧化法制備的不銹鋼粉末成本較低,但流動性遜于氣霧化工藝生產(chǎn)的球形粉末。浙江因瓦合金粉末
3D打印鋯合金(如Zircaloy-4)燃料組件包殼,可設(shè)計內(nèi)部蜂窩結(jié)構(gòu),提升耐壓性和中子經(jīng)濟(jì)性。美國西屋電氣通過EBM制造的核反應(yīng)堆格架,抗蠕變性能提高50%,服役溫度上限從400℃升至600℃。此外,鎢銅復(fù)合部件用于聚變堆前列壁裝甲,銅基體快速導(dǎo)熱,鎢層耐受等離子體侵蝕。但核用材料需通過嚴(yán)苛輻照測試:打印件的氦脆敏感性比鍛件高20%,需通過熱等靜壓(HIP)和納米氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)工藝優(yōu)化。中廣核已建立全球較早3D打印核級部件認(rèn)證體系。