鋁合金的3D打印正在實現飛躍，追趕鎳合金，不銹鋼和鈦合金。

 

 

性能更強，材料更輕

 

l 鋁合金的開發邏輯

 

當一種材料相對便宜，但又難以通過3D打印加工的時候，市場上開發這種材料以適用于3D打印加工技術的當前動機就變得不足，因為相對于3D打印設備的價格來說，材料的價格對最終產品的價格所起到的作用并不明顯。

 

不過如果有一種方法，使得這種相對便宜的材料變得容易加工，且所實現的產品性能可以堪比那些昂貴材料呢？譬如說能夠替代中溫鈦合金的應用場景。

 

這支撐了高強度鋁合金的開發邏輯。

 

l Amaero HOT Al

 

根據3D科學谷的市場觀察，近日澳大利亞的Amaero宣布其高性能3D打印鋁合金Amaero HOT Al已進入國際專利批準的國家階段（第四階段也是最后階段）。國際專利意味著超過150個參與國認可一項發明并對其進行保護。這樣，發明人無需遍歷多個專利申請就可以在全球范圍內認可他們的發明創造。

 

Amaero來源于莫納什大學，這所大學在航空航天增材制造領域有著多年的經驗積累，曾與法國宇航企業賽峰集團合作，開發了兩臺3D打印的噴氣式發動機，目前該發動機已經進入到商業化階段。

 

 

航空航天領域，鋁合金的應用一直存在著一些弊端。鋁合金雖然很輕，但在暴露于高于160°C的溫度的應用中往往表現不佳。它們會隨著時間的流逝而軟化和老化，因此航空航天領域會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，這是一個值得研究和突破的地方。

 

半個多世紀以來，科研人員已經完成了大量工作，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降低機械性能。今天，在世界范圍內，通過3D打印技術，新型的鋁合金材料在呈現出快速上升的開發態勢，更高的強度，替代中溫鈦合金的可能性，Amaero HOT Al開辟了在性能方面一種獨特的市場定位。

 

 

Amaero HOT AI實現的性能。來源：Amaero

 

還拿Amaero HOT Al舉例，這種新型鋁合金可在3D打印后進行熱處理和時效硬化，從而提高了強度和耐用性，使得這種鋁合金在260°C左右的溫度下長時間穩定。最初是由澳大利亞莫納什大學的研究人員與Amaero合作開發的，Amaero現在擁有該合金的全球許可權。

 

根據3D科學谷的市場觀察，開發和商業化新型高強度鋁合金以及適合各種鋁合金3D打印的設備，已經成為一條明顯的國際與國內發展趨勢。

 

l 蘇州倍豐-Al250C

 

根據中國日報，蘇州倍豐創始人、澳大利亞工程院吳鑫華院士領導莫納什大學研究團隊成功開發出了牌號為Al250C的高強高韌增材制造專用鋁合金材料，該Al250C材料用于3D打印屈服強度可達580MPa，抗拉強度590MPa以上，延伸率可達11%，制備構件通過了250℃高溫下持續5000小時的穩定試驗， 相當于發動機常規服役25年的要求。

 

l Aeromet-A20X

 

根據3D科學谷的市場觀察，國際方面，高強度鋁合金的3D打印領域涌現出諸多的開發者，總部位于英國的鑄造專家Aeromet International其專利的用于增材制造的鋁合金粉末A20X所制造的零件已經超過500MPa的極限拉伸強度（UTS）。A20X是一種鋁 – 銅合金材料，具有精細的微觀結構，與其他合金相比，具有“更高的強度，抗疲勞和優化的熱性能。在測試中，3D打印的A20X粉末材料所制造的極限拉伸強度為511MPa

 

l HRL-7A77.60L

 

美國方面，實現細晶粒微觀結構，并與鍛造材料具有相當的材料強度，HRL實驗室所開發的3D打印用高強度7A77.60L鋁粉于2019年10月正式投放市場，用戶可以直接向HRL購買這種鋁合金材料。當使用鋁合金材料Al7075和Al6061的時候，在激光高能環境中進行金屬3D打印會導致金屬部件遭受嚴重熱裂紋，HRL的研究人員在軟件和大數據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。成型后的材料無裂紋、等軸（即晶粒在長度、寬度和高度上大致相等），實現了細晶粒微觀結構，并與鍛造材料具有相當的材料強度，3D打印的鋁合金材料平均屈服強度高達580 MPa，極限強度超過600 MPa，平均伸長率超過8％。

 

鋁合金的3D打印正在獲得更廣泛的開發，2020年早些時候，DED定向能量沉積3D打印設備制造商Optomec宣布了其LENS 3D打印的適用材料方面的進步。現在可以使用Optomec系統來沉積任何鋁合金，包括其最近開發的具有改進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已開始與德國航空航天中心合作開發新型鋁合金原料。該合金將在200°C至300°C的高溫下表現出高強度，甚至在某些應用中可以替代鈦合金。

 

根據3D科學谷的市場觀察，南京航空航天大學幾年前開發出基于SLM成形的鋁基納米復合材料，用于激光增材技術領域，有效的解決鋁基納米復合材料在激光增材過程中工藝性能與力學性能不匹配、增強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題，使得所獲得的產品具備良好的界面結合以及優異的力學性能。

 

總之，在3D科學谷看來，3D打印用高強度鋁合金材料的出現為原來必須通過鍛造來實現的零件加工打開了一扇嶄新的大門，結合3D打印所釋放的設計自由度，高強度鋁合金將在包括壓力容器、液壓歧管、托架、高強度結構件領域獲得想象力巨大的市場空間。

 

更多關于鋁合金的3D打印發展邏輯，敬請期待3D科學谷今年將要發布的《3D打印鋁合金白皮書》