摘要
高温镍合金3D打印技术通过突破传统制造瓶颈，为航空发动机核心部件带来革新。该技术采用镍基高温合金材料，显著提升涡轮叶片等热端部件的耐高温性能和结构复杂性，同时克服金属疲劳问题。通过数字化无模具生产方式，实现部件快速成型，大幅缩短交付周期并降低生产成本。这项技术不仅推动航空航天领域制造工艺升级，更为关键部件性能提升和国产化替代提供重要技术支持。
产品介绍
航空发动机涡轮叶片的工作环境极端恶劣，需要承受超过1000℃的高温和巨大的离心力，传统制造技术已面临瓶颈。而高温镍基合金的3D打印技术正在改变这一局面。
航空发动机的热端部件，如涡轮叶片、中间支承等，是其核心所在。它们需要在极端高温和压力下保持稳定，其性能直接决定发动机的效率和可靠性。
传统制造工艺如铸造或锻造，面对这些复杂部件往往制造周期长、成本高昂，且对于具有复杂内腔冷却结构的部件几乎无能为力。
01 高温镍合金，航空发动机的守护神
航空发动机的性能极限，往往取决于其热端部件所能承受的温度和应力。镍基高温合金因其优异的耐腐蚀性能和高温强度，成为制造这些关键部件的理想材料。
特别是在航空发动机、燃气轮机、能源发电等领域，镍基高温合金的应用潜力巨大。
高温合金叶片市场在2025年预计达到68亿美元，国内市场年均增速保持双位数增长。这一增长主要由国产替代趋势和新应用需求（如氢燃料燃气轮机、超音速民机）驱动。
02 传统制造痛点，创新技术突破
制造高温合金部件传统上依赖铸造和锻造工艺。以典型的飞机发动机TVF产品中间支承为例，它拥有复杂的内流道和8个不同的叶型叶片，一体铸造难度相当大。
同类产品的铸造工艺开发超过十年。传统铸件从工艺设计到产品出品需要30天到40天，而基于3D打印的铸造基本上20天内就能交付。
3D打印则直接省去了模具制备这一步骤，解决了模具制备周期长、成本高和难以制作曲面等复杂构件的难题。
03 厦门泉州地区，3D打印降本增效成果显著
在福建泉州南安市，一座万吨级铸造3D打印智能工厂的投运，展示了3D打印技术在降低成本和提升效率方面的切实潜力。
该工厂通过搭建智能铸造产业创新（泉州）中心，建立了企业数字化智能化绿色化发展模式，推动泉州乃至全省铸造产业发展趋势，带动区域铸造行业转型升级。
生产效率可以达到同等规模传统铸造的3倍以上。这不仅大幅降低了生产成本，也为航空航天领域的高精度部件制造提供了新的可能性。
04 技术创新，解决材料瓶颈问题
高温镍基合金在3D打印过程中存在高裂纹敏感性、致密度差的缺点。针对这些挑战，国内企业和研究机构已经取得了突破性进展。
中科祥龙针对实体承力和精细尺寸功能结构，采用变层厚与优化扫描策略结合的打印方案，平衡了制造效率和材料性能。
打印后的零部件力学性能出色，致密度超99.95%，接近锻造金属性能。
近期还有一种创新的抑制镍基高温合金打印裂纹的方法被提出，该方法可以在保持粉末合金成分基本稳定的状态下，减少脆性γ’相的含量，显著抑制打印裂纹。
05 产业化应用，航空发动机的新未来
3D打印高温镍合金技术已经在航空发动机零部件制造中取得了实质性应用。中科祥龙与行业伙伴合作，推出了K438金属粉末3D打印的大尺寸飞机发动机热端零部件（TVF），这是业内较早推出的同类产品。
SLM一体化打印技术可直接制造复杂、高精度、高性能金属零部件，如涡轮叶片、燃油喷嘴等，实现更复杂冷却结构设计，提高发动机热效率与可靠性。
零件设计迭代进度缩短10倍，大幅降低研发成本。
06 成本优势明显，经济效益显著
3D打印技术在成本方面的优势非常明显。相关企业开发的高温镍基合金涡轮叶片，较进口产品价格低30%，交付周期缩短40%。
业内公司推出的面向粘结喷射工艺的新型高温合金粉末M247与M247LC，通过粘结喷射实现净成形，成本和交期都被压缩到传统工艺的三分之一。
中科宇航在其20kN发动机中采用3D打印全不锈钢短身部结构，发动机成本较传统铌钨合金身部方案降低约50%。
南安市的万吨级铸造3D打印全流程智能工厂，通过数字化和无模具生产，将铸件的交付周期从传统的30-40天缩短至20天内。
中科祥龙展示的K438金属粉末3D打印飞机发动机热端零部件，不仅实现了99.95%以上的致密度，接近锻造金属性能，更将零件设计迭代进度缩短10倍。
这项技术正助力中国航空工业在关键部件上取得重要突破。
