摘要
金属3D打印材料技术正经历重要演进。钛合金通过NAMP新工艺显著提升抗疲劳性能，解决了长期存在的技术短板。高强铝合金领域取得突破性进展，新型材料在室温强度可达865MPa，同时具备优异的高温稳定性。这些进步使得3D打印金属材料从"可用"迈向"优良"，为航空航天领域带来新的设计可能性和制造解决方案，推动装备制造技术的持续发展。
产品介绍
2025年9月初，中国科学院金属研究所宣布研发出一种新型3D打印后处理技术，制备出的钛合金材料在各种应力比条件下表现出优异的抗疲劳能力，其综合疲劳性能显著优于多数已知金属材料。
这标志着金属3D打印材料从"可用"到"优良"的重要转变。
长期以来，3D打印的金属零件存在一个明显"短板"--疲劳性能不足，即反复受力后容易产生裂纹甚至断裂，较大程度限制其在关键领域的应用。如今，这一瓶颈正被系统解决。
01 钛合金突破：改善疲劳性能的"短板"
飞机发动机叶片、起落架等关键零件，受力情况极为复杂。不仅存在"拉-拉"应力，也存在"拉-压"等多变应力比条件，传统钛合金微观组织往往"偏科"--只在特定应力比下表现良好。
中科院金属所研究团队开发的NAMP新工艺，能精确控制材料内部结构和缺陷。该工艺制备的钛合金Ti-6Al-4V，可同时减少微孔和粗大组织，这两者都是导致疲劳的因素。
这种新材料在"拉-拉"应力比条件下，创造了"比疲劳强度"的良好成绩。少孔洞的3D打印组织可以同时改善所有薄弱环节，使这种3D打印钛合金具备在全应力比条件下保持较好疲劳强度的特性。
02 高强铝合金：从追赶到进步的发展过程
铝合金的3D打印正在实现提升，追赶镍合金、不锈钢和钛合金。航空航天领域对铝合金的应用一直存在弊端：虽然很轻，但在高于160°C的温度中往往表现不佳，会随时间软化和老化。
近年来，全球范围内新型铝合金材料呈现出快速开发的态势。澳大利亚Amaero公司推出的HOT Al铝合金可在3D打印后进行热处理和时效硬化，在260°C左右的温度下长时间保持稳定。
苏州倍丰开发的Al250C高强高韧增材制造专用铝合金材料，屈服强度可达580MPa，抗拉强度590MPa以上，制备构件通过了250℃高温下持续5000小时的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。
03 材料体系多元化：应对多样化应用需求
国内企业中航迈特在2025年推出了多款性能良好的3D打印材料，包括高温钛合金粉、高强韧钛合金粉和高强铝合金粉。
为解决高强铝合金激光选区熔化工艺成形开裂等问题，中航迈特开发出MT-AlMnErZr高强铝合金粉末。该粉末打印部件组织致密、无裂纹，致密度超99.9%，热处理后屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥560MPa。
美国HRL实验室开发的7A77.60L铝粉，则使用锆基纳米颗粒作为成核剂，改善了7075和6061铝合金在激光打印时出现的易开裂问题，强度超过600MPa，成为较早可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。
04 技术挑战与成本瓶颈
虽然航空航天市场对高强铝的需求迫切，但尚未看到批量化应用。首先，以Al-Mg-Sc-Zr为代表的1000元高价的高强铝，面临钛合金粉末价格已经降至600元/kg左右的竞争压力。
其次，专利限制也是一个重要因素。空客对Scalmalloy合金的专利保护较为严格，促使国内研发制造商寻找新的路径。中航迈特开发的Al-Mg-Er-Zr高强铝合金粉末，正是避开了空客Scalmalloy专利成分限制。
第三，适合于航天场合使用的高强铝并不一定适用于航空场合，也并不一定适用于消费品场合。期待于一种合金能够在所有应用中通用是不现实的。
05 未来展望：一体化设计与性能优化
3D打印用高强度铝合金材料的出现，为原来需要通过锻造来实现的零件加工提供了新的选择。结合3D打印所释放的设计自由度，高强度铝合金将在包括压力容器、液压歧管、托架、高强度结构件领域获得可观市场空间。
中国科学家在2025年宣布通过激光粉末床融合技术成功制备出一种名为Al-Fe-V-Si-Sc的新型铝合金。该材料室温下抗拉强度高达865兆帕，更在400℃高温下仍保持良好性能，补充了传统铝合金在200-450℃温区的技术空白。
这种多尺度相协同强化的设计思路，为未来性能良好的增材制造材料开发提供了新思路。LPBF技术可实现材料-结构-性能一体化成型，该合金有望直接用于发动机耐热部件、航天器轻量化支架等关键领域。
随着新型钛合金材料显著优于多数已知金属材料的疲劳性能，3D打印技术将为航空航天等领域带来良好的设计自由度和制造可能性。
高强铝合金的发展同样值得关注。从Al250C到HOT Al，再到室温强度高达865MPa的Al-Fe-V-Si-Sc新合金，铝合金正不断突破温度与强度的限制。
金属3D打印材料不再仅仅是传统制造的替代品，而成为实现全新设计、达成性能提升的重要技术。它正在重新思考装备制造的边界，推动下一代航空航天的创新进程。
