碳纖維增強鋁基(AlSi10Mg+20% CF)復合材料通過3D打印實現各向異性設計。美國密歇根大學開發的定向碳纖維鋪放技術,使復合材料沿纖維方向的導熱系數達220W/m·K,垂直方向為45W/m·K,適用于定向散熱衛星載荷支架。另一案例是氧化鋁顆粒(Al?O?)增強鈦基復合材料,硬度提升至650HV,用于航空發動機耐磨襯套。挑戰在于增強相與基體的界面結合——采用等離子球化預包覆工藝,在鈦粉表面沉積200nm Al?O?層,可使界面剪切強度從50MPa提升至180MPa。未來,多功能復合材料(如壓電、熱電特性集成)或推動智能結構件發展。
金屬玻璃因非晶態結構展現超”高“強度(>2GPa)和彈性極限(~2%),但其制備依賴毫米級薄帶急冷法,難以成型復雜零件。美國加州理工學院通過超高速激光熔化(冷卻速率達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550HV。該技術采用粒徑<25μm的預合金粉末,激光功率密度需超過500W/mm2以確保熔池瞬間冷卻。然而,非晶合金的打印尺寸受限——目前比較大連續結構為10cm×10cm×5cm,且殘余應力易引發自發斷裂。日本東北大學通過添加0.5%釔(Y)細化微觀結構,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刀具中的應用。
金屬粉末的循環利用是降低3D打印成本的關鍵。西門子能源開發的粉末回收站,通過篩分(振動篩目數200-400目)、等離子球化(修復衛星球)與脫氧處理(氫還原),使316L不銹鋼粉末復用率達80%,成本節約35%。但多次回收會導致粒徑分布偏移——例如,Ti-6Al-4V粉末經5次循環后,15-53μm比例從85%降至70%,需補充30%新粉。歐盟“AMPLIFII”項目驗證,閉環系統可減少40%的粉末廢棄,但氬氣消耗量增加20%,需結合膜分離技術實現惰性氣體回收。
3D打印的鈦合金建筑節點正提升高層建筑抗震等級。日本清水建設開發的X型節點(Ti-6Al-4V ELI),通過晶格填充與梯度密度設計,能量吸收能力達傳統鋼節點的3倍,在模擬阪神地震(震級7.3)測試中,塑性變形量控制在5%以內。該結構使用粒徑53-106μm粗粉,通過EBM技術以0.2mm層厚打印,成本高達$2000/kg,未來需開發低成本鈦粉回收工藝。迪拜3D打印辦公樓項目中,此類節點使建筑整體抗震等級從8級提升至9級,但防火涂層(需耐受1200℃)與金屬結構的兼容性仍是難題。鈦合金3D打印件的抗拉強度可達1000MPa以上。
鎂合金(如WE43)和鐵基合金的3D打印植入體,可在人體內逐步降解,避免二次手術取出。韓國浦項工科大學打印的Mg-Zn-Ca多孔骨釘,通過調控孔徑(300-500μm)和磷酸鈣涂層厚度,將降解速率從每月1.2mm降至0.3mm,與骨愈合速度匹配。但鎂的劇烈放氫反應易引發組織炎癥,需在粉末中添加1-2%的稀土元素(如釹)抑制腐蝕。另一突破是鐵基支架的磁性引導降解——復旦大學團隊在Fe-Mn合金中嵌入四氧化三鐵納米顆粒,通過外部磁場加速局部離子釋放,實現降解周期從24個月縮短至6-12個月的可編程控制。此類材料已進入動物實驗階段,但長期生物安全性仍需驗證。氣霧化法是生產高球形度金屬粉末的主流工藝。青海金屬鈦合金粉末咨詢
全球金屬3D打印材料市場規模預計2025年超50億美元。湖北鈦合金物品鈦合金粉末廠家
全固態電池的3D打印鋰金屬負極可突破傳統箔材局限。美國Sakuu公司采用納米鋰粉(粒徑<5μm)與固態電解質復合粉末,通過多噴頭打印形成3D多孔結構,比容量提升至3860mAh/g(理論值90%),且枝晶抑制效果明顯。正極方面,NCM811粉末與碳納米管(CNT)的梯度打印使界面阻抗降低至3Ω·cm2,電池能量密度達450Wh/kg。挑戰在于:① 鋰粉的惰性氣氛控制(氧含量<1ppm);② 層間固態電解質薄膜打印(厚度<5μm);③ 高溫燒結(200℃)下的尺寸穩定性。2025年目標實現10Ah級打印電池量產。