中科院重大突破！3D打印钛合金疲劳性能提升至1GPa

中科院重大突破！3D打印钛合金疲劳性能提升至1GPa

引用

中国科学院

等

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来源

1.

http://www.imr.cas.cn/xwzx/kydt/202402/t20240228_7004606.html

2.

https://www.cas.cn/syky/202402/t20240229_5006986.shtml

3.

http://amreference.com/?p=27014

4.

https://www.yongyiti.com/zixun/528.html

5.

https://www.3dcat.net/2024/21223.html

6.

https://www.eos.info/zh/metal-solutions/metal-materials/titanium

7.

https://www.stratasys-china.com/3d-printers-news/titanium-alloy-3d-printing46366

2024年2月27日，中国科学院金属研究所的研究团队在《自然》杂志发表了一项重大研究成果，提出了一种名为NAMP（净增材制造工艺）的技术，成功解决了3D打印钛合金的疲劳性能问题。这一突破不仅更新了人们对3D打印材料疲劳性能的认识，还展示了其在航空航天等领域的广阔应用前景。

研究团队通过开发NAMP技术，成功制备出接近无微孔的TC4钛合金微观结构。这一技术的关键在于：

1. 采用铂力特公司的BLT-S320设备进行打印
2. 在真空气氛中于550℃下进行2小时去应力退火
3. 进行热等静压处理（HIP），在920°C和150MPa下处理3小时
4. 最后通过固溶处理和时效处理（STA）恢复打印态微观结构特征

这一工艺流程的关键在于发现了高温下钛合金相变和晶粒生长的异步性，利用这一特性开发出独特的热处理窗口，实现了组织细化并防止了微孔的重新出现。

经过NAMP处理的钛合金样品展现出惊人的疲劳性能：

• 疲劳极限从475MPa提升至978MPa，提高106%
• 比所有其他3D打印和传统锻造材料至少高20%
• 在所有金属材料中具有最高的比疲劳极限

这一突破性进展意味着3D打印钛合金的疲劳性能不再受制于微孔缺陷，其天然的微观结构优势得以充分发挥。

3D打印钛合金在航空航天领域的应用前景广阔。以欧洲宇航防务集团为例，通过直接金属激光烧结技术制造的钛零件已成功替代空客A320发动机舱的铸钢铰链支架，实现了75%的减重。

在具体应用中，3D打印技术的优势显著：

1. 实现复杂结构件的制造
2. 显著减轻重量，降低燃料消耗
3. 缩短生产周期，提高效率
4. 改善切削加工性能，提高产品质量

目前，3D打印技术已广泛应用于多个领域：

• 医疗保健：定制化医疗器械、人体器官模型、个性化义肢
• 汽车工业：复杂零部件的快速原型制造
• 建筑业：实现更快速、更节约资源的建筑方式

随着技术的不断进步，未来3D打印将向大规模生产、个性化定制方向发展，新材料的应用将进一步拓展其应用领域。

中科院金属所的这一突破，不仅解决了3D打印钛合金的关键技术瓶颈，更为整个增材制造行业注入了新的活力。随着技术的不断成熟和成本的持续降低，3D打印技术有望成为制造业的主要生产方式之一，推动制造业的转型升级，为人类社会带来更多的创新和发展机遇。