谷專(zhuān)欄是3D科學(xué)谷內(nèi)容板塊：谷前沿、谷透視、谷研究、谷專(zhuān)欄這四大板塊之一。谷專(zhuān)欄基于3D科學(xué)谷愿景：貢獻(xiàn)于制造業(yè)附加值創(chuàng)造，貢獻(xiàn)于人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展。其目的是通過(guò)攜手科研機(jī)構(gòu)、科學(xué)家、企業(yè)研發(fā)與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，與業(yè)界分享對(duì)推動(dòng)增材制造發(fā)展起關(guān)鍵作用的共性基礎(chǔ)科研與應(yīng)用成果。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀(guān)察，目前如何通過(guò)基于粉末床工藝的選區(qū)激光熔化3D打印來(lái)加工鋁合金材料，仍存在著商業(yè)與技術(shù)邏輯上的瓶頸。

在商業(yè)方面, 鋁合金的價(jià)格相對(duì)于高溫合金來(lái)說(shuō)是便宜的，就目前3D打印所成就的高附加零件來(lái)說(shuō)，材料所占的成本比重并不明顯，那么鋁合金的價(jià)格優(yōu)勢(shì)就難以顯現(xiàn)出來(lái)。在技術(shù)邏輯上，由于傳統(tǒng)鋁合金的成形特點(diǎn)，大部分牌號(hào)不適用于3D打印，僅有幾種鑄鋁牌號(hào)合金適用于3D打印技術(shù)，并且由于其自身材料性能的限制，難以滿(mǎn)足高強(qiáng)、高溫應(yīng)用要求。

針對(duì)目前存在的瓶頸，旨在滿(mǎn)足高附加值應(yīng)用的新牌號(hào)鋁合金3D打印材料正呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

在本期谷.專(zhuān)欄文章中，3D科學(xué)谷將分享倍豐科技創(chuàng)始人、澳大利亞工程院吳鑫華院士領(lǐng)導(dǎo)的莫納什大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，在鋁合金3D打印材料領(lǐng)域的科研成果。該成果是一種牌號(hào)為Al250C的高強(qiáng)高韌3D打印專(zhuān)用鋁合金材料。

Al250C材料打印的高效航空熱交換器

吳鑫華院士團(tuán)隊(duì)

以技術(shù)發(fā)展彌補(bǔ)商業(yè)空白

Al250C 材料的力學(xué)性能

Al250C 材料強(qiáng)度達(dá)到目前可用于3D打印的鋁合金材料中最高水平，抗拉強(qiáng)度穩(wěn)定達(dá)到570MPa以上，延伸率穩(wěn)定達(dá)到12%以上，制備的航空零部件通過(guò)了250℃高溫下持續(xù)5000小時(shí)的穩(wěn)定試驗(yàn)，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)服役25年的要求。

Al250C熱處理前后樣棒室溫力學(xué)性能

吳鑫華院士團(tuán)隊(duì)

3D打印常用鋁合金AlSi10Mg的屈服強(qiáng)度為260MPa,打印后的延伸率為4-6%，最高使用溫度小于100℃，無(wú)論從性能上還是使用溫度上，都無(wú)法滿(mǎn)足航空航天鋁合金產(chǎn)品的苛刻要求。

Al250C的強(qiáng)度接近常用AlSi10Mg系鋁合金材料強(qiáng)度的2倍。特別指出的是，Al250C表現(xiàn)出了優(yōu)異的高溫使用壽命，對(duì)比目前適用于金屬3D打印的Scalmalloy 鋁合金，其在250℃時(shí)的使用壽命僅為100小時(shí)，而Al250C在同樣溫度下的使用壽命超過(guò)5000小時(shí)，極大提高了使用壽命。

Al250C力學(xué)性能與其它鋁合金的對(duì)比

吳鑫華院士團(tuán)隊(duì)

應(yīng)用前景

倍豐科技創(chuàng)始人、澳大利亞工程院吳鑫華院士表示：高強(qiáng)度3D打印鋁合金在航天制造領(lǐng)域的應(yīng)用尤為重要，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)航天器減重以及縮短交付周期，從而降低綜合生產(chǎn)成本、提升綜合效益。高強(qiáng)度3D打印鋁合金可使航天器零件減重20-90%不等，加工周期縮短3-12個(gè)月不等。典型應(yīng)用包括：衛(wèi)星射頻陣列天線(xiàn)支架，耦合震動(dòng)阻尼器，空間站中多種支架構(gòu)件如：導(dǎo)軌支架、測(cè)控天線(xiàn)支架。

同樣的優(yōu)勢(shì)也將為新能源汽車(chē)制造帶來(lái)應(yīng)用價(jià)值。例如通過(guò)高強(qiáng)度3D打印鋁合金制造新能源汽車(chē)型材與鑄件之間等的鏈接件，減少這些產(chǎn)品之間的焊縫，提高汽車(chē)的安全性同時(shí)降低汽車(chē)的重量。3D打印應(yīng)用還將減少傳統(tǒng)鑄件前期生產(chǎn)的模具用量，降低新型車(chē)研發(fā)周期與成本。

Al250C材料彌補(bǔ)了傳統(tǒng)6系鋁合金材料不能完全適用3D打印工藝的缺點(diǎn)，同時(shí)解決了傳統(tǒng)鋁合金強(qiáng)度低、使用溫度低等問(wèn)題，是一種新型高強(qiáng)度鋁合金材料，具有著廣泛的應(yīng)用前景。

除了在實(shí)現(xiàn)輕量化、提高綜合效益等方面的優(yōu)勢(shì)，Al250C材料還因其耐高溫、高強(qiáng)度特點(diǎn)，適合開(kāi)發(fā)熱管理部件，如航空高效熱交換器（見(jiàn)文首圖片）。一方面在相同的耐壓條件下，可實(shí)現(xiàn)與常規(guī)AlSi10Mg鋁合金相比更薄的壁厚，更輕的重量，并實(shí)現(xiàn)更好的換熱效果；另一方面可取代原中溫環(huán)境下使用的低傳熱系數(shù)材料鈦合金和不銹鋼，實(shí)現(xiàn)減重、高效傳熱雙重提升。

Al250C粉末和打印產(chǎn)品

吳鑫華院士團(tuán)隊(duì)

目前，吳鑫華院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的Al250C 3D打印鋁合金材料已連續(xù)用于增材制造多種產(chǎn)品兩年多，獲得了來(lái)自國(guó)內(nèi)外航空航天和科研等領(lǐng)域用戶(hù)的市場(chǎng)應(yīng)用反饋。

用該材料制作的鋁合金3D打印結(jié)構(gòu)件，更有希望替代目前航空航天上的部分鈦合金構(gòu)件，達(dá)到航天航空領(lǐng)域降低重量與節(jié)約成本的目的。