根據(jù)SmarTech，3D打印行業(yè)(yè)目前正在發(fā)(fā)生著(zhù)兩個(gè)(gè)顯著(zhù)的發(fā)(fā)展趨勢，第一個(gè)(gè)是鋁合金材料的全球供應(yīng)鏈似乎已經(jīng)(jīng)“越過(guò)門(mén)檻”，成為支持增材制造技術(shù)(shù)的下一代機(jī)遇。

鋁合金的3D打印正在實(shí)(shí)現(xiàn)飛躍，追趕鎳合金，不銹鋼和鈦合金。

性能更強(qiáng)，材料更輕

l 鋁合金的開(kāi)發(fā)(fā)邏輯

當(dāng)一種材料相對便宜，但又難以通過(guò)3D打印加工的時(shí)(shí)候，市場(chǎng)上開(kāi)發(fā)(fā)這種材料以適用于3D打印加工技術(shù)(shù)的當(dāng)前動(dòng)機(jī)就變得不足，因?yàn)橄鄬τ?D打印設(shè)備的價(jià)(jià)格來(lái)說(shuō)，材料的價(jià)(jià)格對最終產(chǎn)(chǎn)品的價(jià)(jià)格所起到的作用并不明顯。

不過(guò)如果有一種方法，使得這種相對便宜的材料變得容易加工，且所實(shí)(shí)現(xiàn)的產(chǎn)(chǎn)品性能可以堪比那些昂貴材料呢？譬如說(shuō)能夠替代中溫鈦合金的應(yīng)用場(chǎng)景。

這支撐了高強(qiáng)度鋁合金的開(kāi)發(fā)(fā)邏輯。

l  Amaero HOT Al

近日澳大利亞的Amaero宣布其高性能3D打印鋁合金Amaero HOT Al已進(jìn)(jìn)入國際專(zhuān)利批準(zhǔn)的國家階段（第四階段也是最后階段）。國際專(zhuān)利意味著(zhù)超過(guò)150個(gè)(gè)參與國認(rèn)可一項(xiàng)發(fā)(fā)明并對其進(jìn)(jìn)行保護(hù)。這樣，發(fā)(fā)明人無(wú)需遍歷多個(gè)(gè)專(zhuān)利申請就可以在全球范圍內(nèi)認(rèn)可他們的發(fā)(fā)明創(chuàng )(chuàng)造。

Amaero來(lái)源于莫納什大學(xué)(xué)，這所大學(xué)(xué)在航空航天增材制造領(lǐng)(lǐng)域有著(zhù)多年的經(jīng)(jīng)驗(yàn)積累，曾與法國宇航企業(yè)(yè)賽峰集團(tuán)合作，開(kāi)發(fā)(fā)了兩臺3D打印的噴氣式發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)，目前該發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)(jīng)進(jìn)(jìn)入到商業(yè)(yè)化階段。

航空航天領(lǐng)(lǐng)域，鋁合金的應(yīng)用一直存在著(zhù)一些弊端。鋁合金雖然很輕，但在暴露于高于160°C的溫度的應(yīng)用中往往表現(xiàn)不佳。它們會(huì )隨著(zhù)時(shí)(shí)間的流逝而軟化和老化，因此航空航天領(lǐng)(lǐng)域會(huì )選擇相對較重的金屬，例如鋼或鈦。如何在提升鋁合金的性能，這是一個(gè)(gè)值得研究和突破的地方。

半個(gè)(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科研人員已經(jīng)(jīng)完成了大量工作，以改善鋁合金的耐熱性，使鋁合金能夠承受更高的工作溫度而不會(huì )降低機(jī)械性能。今天，在世界范圍內(nèi)，通過(guò)3D打印技術(shù)(shù)，新型的鋁合金材料在呈現(xiàn)出快速上升的開(kāi)發(fā)(fā)態(tài)(tài)勢，更高的強(qiáng)度，替代中溫鈦合金的可能性，Amaero HOT Al開(kāi)辟了在性能方面一種獨(dú)特的市場(chǎng)定位。

Amaero HOT AI實(shí)(shí)現(xiàn)的性能。來(lái)源：Amaero

還拿Amaero HOT Al舉例，這種新型鋁合金可在3D打印后進(jìn)(jìn)行熱處理和時(shí)(shí)效硬化，從而提高了強(qiáng)度和耐用性，使得這種鋁合金在260°C左右的溫度下長(cháng)時(shí)(shí)間穩(wěn)定。最初是由澳大利亞莫納什大學(xué)(xué)的研究人員與Amaero合作開(kāi)發(fā)(fā)的，Amaero現(xiàn)在擁有該合金的全球許可權(quán)。開(kāi)發(fā)(fā)和商業(yè)(yè)化新型高強(qiáng)度鋁合金以及適合各種鋁合金3D打印的設(shè)備，已經(jīng)(jīng)成為一條明顯的國際與國內(nèi)發(fā)(fā)展趨勢。

l 蘇州倍豐-Al250C

根據(jù)中國日報(bào)，蘇州倍豐創(chuàng )(chuàng)始人、澳大利亞工程院吳鑫華院士領(lǐng)(lǐng)導(dǎo)莫納什大學(xué)(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)(fā)出了牌號為Al250C的高強(qiáng)高韌增材制造專(zhuān)用鋁合金材料，該Al250C材料用于3D打印屈服強(qiáng)度可達(dá)580MPa，抗拉強(qiáng)度590MPa以上，延伸率可達(dá)11%，制備構(gòu)件通過(guò)了250℃高溫下持續(xù)5000小時(shí)(shí)的穩(wěn)定試驗(yàn)， 相當(dāng)于發(fā)(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)服役25年的要求。

l  Aeromet-A20X

國際方面，高強(qiáng)度鋁合金的3D打印領(lǐng)(lǐng)域涌現(xiàn)出諸多的開(kāi)發(fā)(fā)者，總部位于英國的鑄造專(zhuān)家Aeromet International其專(zhuān)利的用于增材制造的鋁合金粉末A20X所制造的零件已經(jīng)(jīng)超過(guò)500MPa的極限拉伸強(qiáng)度（UTS）。A20X是一種鋁 – 銅合金材料，具有精細(xì)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，與其他合金相比，具有“更高的強(qiáng)度，抗疲勞和優(yōu)(yōu)化的熱性能。在測試中，3D打印的A20X粉末材料所制造的極限拉伸強(qiáng)度為511MPa

l  HRL-7A77.60L

美國方面，實(shí)(shí)現(xiàn)細(xì)晶粒微觀(guān)結(jié)構(gòu)，并與鍛造材料具有相當(dāng)?shù)牟牧蠌?qiáng)度，HRL實(shí)(shí)驗(yàn)室所開(kāi)發(fā)(fā)的3D打印用高強(qiáng)度7A77.60L鋁粉于2019年10月正式投放市場(chǎng)，用戶(hù)可以直接向HRL購買(mǎi)這種鋁合金材料。當(dāng)使用鋁合金材料Al7075和Al6061的時(shí)(shí)候，在激光高能環(huán)(huán)境中進(jìn)(jìn)行金屬3D打印會(huì )導(dǎo)致金屬部件遭受?chē)?yán)重?zé)崍鴨y，HRL的研究人員在軟件和大數(shù)據(jù)的幫助下選擇了鋯基納米顆粒成核劑，并將它們組合到了7075和6061系列鋁合金粉末中。成型后的材料無(wú)裂紋、等軸（即晶粒在長(cháng)度、寬度和高度上大致相等），實(shí)(shí)現(xiàn)了細(xì)晶粒微觀(guān)結(jié)構(gòu)，并與鍛造材料具有相當(dāng)?shù)牟牧蠌?qiáng)度，3D打印的鋁合金材料平均屈服強(qiáng)度高達(dá)580 MPa，極限強(qiáng)度超過(guò)600 MPa，平均伸長(cháng)率超過(guò)8％。

鋁合金的3D打印正在獲得更廣泛的開(kāi)發(fā)(fā)，2020年早些時(shí)(shí)候，DED定向能量沉積3D打印設(shè)備制造商O(píng)ptomec宣布了其LENS 3D打印的適用材料方面的進(jìn)(jìn)步?，F(xiàn)在可以使用Optomec系統(tǒng)來(lái)沉積任何鋁合金，包括其最近開(kāi)發(fā)(fā)的具有改進(jìn)(jìn)增材制造性能的鋁合金。

l  QuesTek

另外一家金屬粉末制造商QuesTek Innovations已開(kāi)始與德國航空航天中心合作開(kāi)發(fā)(fā)新型鋁合金原料。該合金將在200°C至300°C的高溫下表現(xiàn)出高強(qiáng)度，甚至在某些應(yīng)用中可以替代鈦合金。

南京航空航天大學(xué)(xué)幾年前開(kāi)發(fā)(fā)出基于SLM成形的鋁基納米復(fù)合材料，用于激光增材技術(shù)(shù)領(lǐng)(lǐng)域，有效的解決鋁基納米復(fù)合材料在激光增材過(guò)程中工藝性能與力學(xué)(xué)性能不匹配、增強(qiáng)顆粒分布不均勻以及陶瓷相與基材相之間潤濕性較差的問(wèn)題，使得所獲得的產(chǎn)(chǎn)品具備良好的界面結(jié)合以及優(yōu)(yōu)異的力學(xué)(xué)性能。

總之，3D打印用高強(qiáng)度鋁合金材料的出現(xiàn)為原來(lái)必須通過(guò)鍛造來(lái)實(shí)(shí)現(xiàn)的零件加工打開(kāi)了一扇嶄新的大門(mén)，結(jié)合3D打印所釋放的設(shè)計(jì)自由度，高強(qiáng)度鋁合金將在包括壓力容器、液壓歧管、托架、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件領(lǐng)(lǐng)域獲得想象力巨大的市場(chǎng)空間。

來(lái)源：3D科學(xué)(xué)谷