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。
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)。中國(guó)澳門3D打印材料鈦合金粉末咨詢金屬3D打印在衛(wèi)星推進(jìn)器制造中實(shí)現(xiàn)減重50%的突破。
國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)的鎢質(zhì)第“一”壁需承受14MeV中子輻照與10MW/m2熱流。傳統(tǒng)鎢塊無(wú)法加工冷卻流道,而3D打印的鎢-銅梯度材料(W-10Cu至W-30Cu過(guò)渡層)通過(guò)EBM技術(shù)實(shí)現(xiàn),熱疲勞壽命達(dá)5000次循環(huán)(較均質(zhì)鎢提升5倍)。關(guān)鍵技術(shù)包括:① 中子輻照模擬驗(yàn)證(在JET托卡馬克中測(cè)試);② 界面擴(kuò)散阻擋層(0.1μm TaC涂層)抑制銅滲透;③ 氦冷卻通道拓?fù)鋬?yōu)化(壓降降低30%)。但鎢粉的高成本($500/kg)與打印缺陷(孔隙率需<0.1%)仍是量產(chǎn)瓶頸,需開(kāi)發(fā)粉末等離子球化再生技術(shù)。
軍民用裝備的輕量化與隱身性能需求驅(qū)動(dòng)金屬3D打印創(chuàng)新。洛克希德·馬丁公司采用鋁基復(fù)合材料(AlSi7Mg+5% SiC)打印無(wú)人機(jī)機(jī)翼,通過(guò)內(nèi)置晶格結(jié)構(gòu)吸收雷達(dá)波,RCS(雷達(dá)散射截面積)降低12dB,同時(shí)減重25%。另一案例是鈦合金防彈插板,通過(guò)仿生疊層設(shè)計(jì)(硬度梯度從表面1200HV過(guò)渡至內(nèi)部600HV),可抵御7.62mm穿甲彈沖擊,重量比傳統(tǒng)陶瓷復(fù)合板輕30%。但“軍“工領(lǐng)域?qū)Σ牧献匪菪砸髽O高,需采用量子點(diǎn)標(biāo)記技術(shù),在粉末中嵌入納米級(jí)ID標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)全生命周期追蹤。金屬粉末的松裝密度影響打印層的均勻性和致密度。
3D打印微型金屬結(jié)構(gòu)(如射頻濾波器、MEMS傳感器)正推動(dòng)電子器件微型化。美國(guó)nScrypt公司采用的微噴射粘結(jié)技術(shù),以納米銀漿(粒徑50nm)打印線寬10μm的電路,導(dǎo)電性達(dá)純銀的95%。在5G天線領(lǐng)域中,鈦合金粉末通過(guò)雙光子聚合(TPP)技術(shù)制造亞微米級(jí)諧振器,工作頻率將覆蓋28GHz毫米波頻段,插損低于0.3dB。但微型打印的挑戰(zhàn)在于粉末清理——日本發(fā)那科(FANUC)開(kāi)發(fā)超聲波振動(dòng)篩分系統(tǒng),可消除99.9%的未熔顆粒,確保器件良率超98%。航空航天領(lǐng)域廣闊采用3D打印金屬材料制造輕量化部件。上海金屬鈦合金粉末品牌
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。中國(guó)澳門3D打印材料鈦合金粉末咨詢
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后與”?!袄趬菊萍s技術(shù)擴(kuò)散。2023年歐盟頒布《增材制造材料安全法案》,要求所有植入體金屬粉末需通過(guò)細(xì)胞毒性(ISO 10993-5)與遺傳毒性(OECD 487)測(cè)試,導(dǎo)致中小企業(yè)認(rèn)證成本增加30%。知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面,通用電氣(GE)持有的“交錯(cuò)掃描路徑””?!袄║S 9,833,839 B2),覆蓋大多數(shù)金屬打印機(jī)的主要路徑算法,每年收取設(shè)備售價(jià)的5%作為授權(quán)費(fèi)。中國(guó)正在構(gòu)建開(kāi)源金屬打印聯(lián)盟,通過(guò)共享參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)(如CAMS 2.0)規(guī)避專利風(fēng)險(xiǎn),目前數(shù)據(jù)庫(kù)已收錄3000組經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的工藝-材料組合。中國(guó)澳門3D打印材料鈦合金粉末咨詢