麻省理工學院(MIT)工程師剛剛突破金屬3D打印的極限:他們開發出一種可3D打印的新型鋁合金,強度達到傳統航空級鋁合金的5倍以上,同時保持輕質、耐熱和高韌性。這項發表于《Advanced Materials》的研究,不僅解決了長期以來“高強度”與“可打印性”不可兼得的難題,還為航空航天、電動汽車和國防工業帶來革命性材料選項。
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傳統鋁合金(如7075或6061)雖輕便,但強度有限;而超高強度合金(如某些鈦合金或鎳基超合金)又難以3D打印,且成本高昂。更棘手的是,多數高強度鋁合金在激光3D打印過程中極易產生微裂紋和孔隙——因為快速熔融-冷卻會導致內部應力集中和晶粒粗化。
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MIT團隊的突破在于納米級“智能添加劑”。他們在標準鋁粉中混入微量(僅0.5%重量比)的碳化鈦(TiC)。這些納米顆粒在打印過程中扮演三重角色:
- 成核劑:促使鋁熔池在凝固時形成超細等軸晶(晶粒尺寸縮小90%),大幅提升強度;
- 抗裂屏障:抑制熱裂紋擴展;
- 熱穩定性增強體:提升材料在高溫下的結構完整性。
結果令人震撼:打印出的樣品屈服強度超過 600 兆帕(MPa),而傳統7075-T6鋁合金僅為約120 MPa;即使與鍛造鋼相比,其比強度(強度/密度)也毫不遜色。更難得的是,這種材料無需后續熱處理,打印即用,且可重復打印而不性能衰減。
研究團隊已成功打印出復雜幾何結構的部件,包括仿生點陣結構、薄壁渦輪葉片和輕量化支架。在模擬測試中,這些部件在極端載荷下表現出優異的抗變形和抗疲勞能力。
“我們不是在發明新金屬,而是在重新設計金屬如何被制造,”項目負責人Zachary Cordero教授說,“這就像給鋁裝上了‘納米骨架’。”
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目前,該技術已與多家航空航天企業展開合作評估。若實現量產,未來飛機機身、火箭燃料艙、電動車底盤甚至防彈裝甲都可能變得更輕、更強、更安全。
當3D打印遇上“超級鋁”,制造業的邊界正在被重新定義——這一次,輕盈與堅固終于不再對立。
參考資料:DOI: 10.1002/adma.202509507
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