金屬玻璃因非晶態(tài)結(jié)構(gòu)展現(xiàn)超”高“強(qiáng)度(>2GPa)和彈性極限(~2%),但其制備依賴毫米級(jí)薄帶急冷法,難以成型復(fù)雜零件。美國(guó)加州理工學(xué)院通過(guò)超高速激光熔化(冷卻速率達(dá)10^6 K/s),成功打印出鋯基(Zr??Cu??Al??Ni?)金屬玻璃齒輪,晶化率控制在1%以下,硬度達(dá)550HV。該技術(shù)采用粒徑<25μm的預(yù)合金粉末,激光功率密度需超過(guò)500W/mm2以確保熔池瞬間冷卻。然而,非晶合金的打印尺寸受限——目前比較大連續(xù)結(jié)構(gòu)為10cm×10cm×5cm,且殘余應(yīng)力易引發(fā)自發(fā)斷裂。日本東北大學(xué)通過(guò)添加0.5%釔(Y)細(xì)化微觀結(jié)構(gòu),將臨界打印厚度從3mm提升至8mm,拓展了其在精密軸承和手術(shù)刀具中的應(yīng)用。
金屬3D打印正用于文物精細(xì)復(fù)原。大英博物館采用CT掃描與AI算法重建青銅器缺失部位,以錫青銅粉末(Cu-10Sn)通過(guò)SLM打印補(bǔ)全,再經(jīng)人工做舊處理實(shí)現(xiàn)視覺(jué)一致。關(guān)鍵技術(shù)包括:① 多光譜分析確定原始合金成分(精度±0.3%);② 微米級(jí)表面氧化層打?。M千年銹蝕);③ 可控孔隙率(3-5%)匹配文物力學(xué)性能。2023年完成的漢代銅鼎修復(fù)項(xiàng)目中,打印部件與原物的維氏硬度偏差<5HV,熱膨脹系數(shù)差異<2%。但文物倫理爭(zhēng)議仍存,需在打印件中嵌入隱形標(biāo)記以區(qū)分原作。
3D打印鉑銥合金(Pt-Ir 90/10)電極陣列正推動(dòng)腦機(jī)接口(BCI)向微創(chuàng)化發(fā)展。瑞士NeuroX公司采用雙光子聚合(TPP)技術(shù)打印的64通道電極,前列直徑3μm,阻抗<100kΩ(@1kHz),可精細(xì)捕獲單個(gè)神經(jīng)元信號(hào)。電極表面經(jīng)納米多孔化處理(孔徑50-100nm),有效接觸面積增加20倍,信噪比提升至30dB。材料生物相容性通過(guò)ISO 10993認(rèn)證,并在獼猴實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)連續(xù)12個(gè)月無(wú)膠質(zhì)瘢痕記錄。但微型金屬電極的打印效率極低(每小時(shí)0.1mm3),需開(kāi)發(fā)并行打印陣列技術(shù),目標(biāo)將64通道電極制造時(shí)間從48小時(shí)縮短至4小時(shí)。
鈦合金(如Ti-6Al-4V ELI)因其在高壓、高鹽環(huán)境下的優(yōu)越耐腐蝕性,成為深海探測(cè)設(shè)備與潛艇部件的優(yōu)先材料。通過(guò)3D打印可一體化制造傳統(tǒng)焊接難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜耐壓艙結(jié)構(gòu),例如美國(guó)海軍研究局(ONR)開(kāi)發(fā)的鈦合金水聲傳感器支架,抗壓強(qiáng)度達(dá)1200MPa,且全生命周期無(wú)需防腐涂層。然而,深海裝備對(duì)材料疲勞性能要求極高,需通過(guò)熱等靜壓(HIP)后處理消除內(nèi)部孔隙,并將疲勞壽命提升至10^7次循環(huán)以上。此外,鈦合金粉末的回收再利用技術(shù)成為研究重點(diǎn):采用等離子旋轉(zhuǎn)電極(PREP)工藝生產(chǎn)的粉末,經(jīng)3次循環(huán)使用后仍可保持氧含量<0.15%,成本降低40%。 工業(yè)級(jí)金屬3D打印機(jī)已能實(shí)現(xiàn)微米級(jí)精度的制造。
高純度銅合金粉末(如CuCr1Zr)在3D打印散熱器與電子器件中展現(xiàn)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。銅的導(dǎo)熱系數(shù)(398W/m·K)是鋁的2倍,但傳統(tǒng)鑄造銅部件難以加工微流道結(jié)構(gòu)。通過(guò)SLM技術(shù)打印的銅散熱器,可將芯片工作溫度降低15-20℃,且表面粗糙度可控制在Ra<8μm。但銅的高反射率(對(duì)1064nm激光吸收率5%)導(dǎo)致打印能量損耗大,需采用更高功率(≥500W)激光或綠色激光(波長(zhǎng)515nm)提升熔池穩(wěn)定性。德國(guó)TRUMPF開(kāi)發(fā)的綠光3D打印機(jī),將銅粉吸收率提升至40%,打印密度達(dá)99.5%。此外,銅粉易氧化問(wèn)題需在打印倉(cāng)內(nèi)維持氧含量<0.01%,并采用氦氣冷卻減少煙塵殘留。 金屬粉末的循環(huán)利用技術(shù)可降低3D打印成本30%以上。中國(guó)澳門3D打印金屬鈦合金粉末價(jià)格
3D打印金屬材料的疲勞性能研究仍存在技術(shù)瓶頸。青海鈦合金物品鈦合金粉末廠家
基于3D打印的鈦合金聲學(xué)超材料正重塑噪聲控制技術(shù)。賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)的“靜音渦輪”葉片,內(nèi)部包含赫姆霍茲共振腔與曲折通道,在800-2000Hz頻段吸聲系數(shù)達(dá)0.95,使飛機(jī)引擎噪聲降低12分貝。該結(jié)構(gòu)需使用粒徑15-25μm的Ti-6Al-4V粉末,以30μm層厚打印500層,小特征尺寸0.2mm。另一突破是主動(dòng)降噪結(jié)構(gòu)——壓電陶瓷(PZT)與鋁合金復(fù)合打印的智能蒙皮,通過(guò)實(shí)時(shí)聲波干涉抵消噪聲,已在特斯拉電動(dòng)卡車駕駛艙測(cè)試中實(shí)現(xiàn)40dB降噪。但多材料界面在熱循環(huán)下的可靠性仍需驗(yàn)證,目標(biāo)通過(guò)10^6次疲勞測(cè)試。青海鈦合金物品鈦合金粉末廠家