中國臺灣冶金鈦合金粉末合作

微型無人機（<250g）需要極大輕量化與結(jié)構(gòu)功能一體化。美國AeroVironment公司采用鋁鈧合金（Al-Mg-Sc）粉末打印的機翼骨架，壁厚0.2mm，內(nèi)部集成氣動傳感器通道與射頻天線，整體減重60%。動力系統(tǒng)方面，3D打印的鈦合金無刷電機殼體（含散熱鰭片）使功率密度達(dá)5kW/kg，配合空心轉(zhuǎn)子軸設(shè)計（壁厚0.5mm），續(xù)航時間延長至120分鐘。但微型化帶來粉末清理難題——以色列Nano Dimension開發(fā)真空振動篩分系統(tǒng)，可消除99.99%的未熔顆粒（粒徑>5μm），確保電機軸承無卡滯風(fēng)險。

鈦合金（如Ti-6Al-4V ELI）因其在高壓、高鹽環(huán)境下的優(yōu)越耐腐蝕性，成為深海探測設(shè)備與潛艇部件的優(yōu)先材料。通過3D打印可一體化制造傳統(tǒng)焊接難以實現(xiàn)的復(fù)雜耐壓艙結(jié)構(gòu)，例如美國海軍研究局（ONR）開發(fā)的鈦合金水聲傳感器支架，抗壓強度達(dá)1200MPa，且全生命周期無需防腐涂層。然而，深海裝備對材料疲勞性能要求極高，需通過熱等靜壓（HIP）后處理消除內(nèi)部孔隙，并將疲勞壽命提升至10^7次循環(huán)以上。此外，鈦合金粉末的回收再利用技術(shù)成為研究重點：采用等離子旋轉(zhuǎn)電極（PREP）工藝生產(chǎn)的粉末，經(jīng)3次循環(huán)使用后仍可保持氧含量<0.15%，成本降低40%。 上海3D打印金屬鈦合金粉末咨詢多材料金屬3D打印可實現(xiàn)梯度功能結(jié)構(gòu)的定制化生產(chǎn)。

鎳基高溫合金（如Inconel 718、Hastelloy X）是航空發(fā)動機渦輪葉片的主要材料。3D打印可制造內(nèi)部冷卻流道等傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使葉片耐溫能力突破1000℃。然而，高溫合金粉末的打印面臨兩大難題：一是打印過程中易產(chǎn)生元素偏析（如Al、Ti的蒸發(fā)），需通過調(diào)整激光功率和掃描速度優(yōu)化熔池穩(wěn)定性；二是后處理需結(jié)合固溶強化和時效處理，以恢復(fù)γ'強化相分布。美國NASA通過EBM（電子束熔化）技術(shù)打印的Inconel 718渦輪盤，抗蠕變性能提升15%，但粉末成本高達(dá)$300-500/kg。未來，低成本回收粉末的再利用技術(shù)或成行業(yè)突破口。

南極科考站亟需現(xiàn)場打印耐寒金屬部件的能力。英國南極調(diào)查局（BAS）開發(fā)的移動式3D打印艙，采用預(yù)熱至-50℃的鋁硅合金（AlSi12）粉末，在-70℃環(huán)境中通過電阻加熱基板（維持200℃）成功打印齒輪部件，抗拉強度保持210MPa（較常溫下降8%）。關(guān)鍵技術(shù)包括：① 粉末輸送管道電伴熱系統(tǒng)（防止冷凝）；② 低濕度惰性氣體循環(huán)（“露”點<-60℃）；③ 快速凝固工藝（層間冷卻時間<3秒）。2023年實測中，該設(shè)備在暴風(fēng)雪條件下打印的風(fēng)力發(fā)電機軸承支架，零故障運行超1000小時，但能耗高達(dá)常規(guī)打印的3倍，未來需集成風(fēng)光互補供能系統(tǒng)。金屬粉末的循環(huán)利用技術(shù)可降低3D打印成本30%以上。

傳統(tǒng)氣霧化制粉依賴天然氣燃燒，每千克鈦粉產(chǎn)生8kg CO?排放。德國林德集團開發(fā)的綠氫等離子霧化（H2-PA）技術(shù)，利用可再生能源制氫作為霧化氣體與熱源，使316L不銹鋼粉末的碳足跡降至0.5kg CO?/kg。氫的還原性還可將氧含量從0.08%降至0.03%，提升打印件延展性15%。挪威Hydro公司計劃2025年建成全綠氫鈦粉生產(chǎn)線，目標(biāo)年產(chǎn)500噸，成本控制在$80/kg。但氫氣的儲存與安全傳輸仍是難點，需采用鈀銀合金膜實現(xiàn)99.999%純度氫循環(huán)，并開發(fā)爆燃壓力實時監(jiān)控系統(tǒng)。

鈦合金的蜂窩結(jié)構(gòu)打印可大幅減輕部件重量。中國臺灣冶金鈦合金粉末合作

太空探索中，3D打印技術(shù)正從“地球制造”轉(zhuǎn)向“地外資源利用”。NASA的“月球熔爐”計劃提出利用月壤中的鈦鐵礦（FeTiO?）與氫還原技術(shù)，原位提取鈦、鐵等金屬元素，并通過激光燒結(jié)制成結(jié)構(gòu)件。實驗表明，月壤模擬物經(jīng)1600℃熔融后可打印出抗壓強度超20MPa的墻體模塊，密度為地球鋁合金的60%。歐洲航天局（ESA）則開發(fā)了太陽能聚焦系統(tǒng)，直接在月球表面熔化月壤粉末，逐層建造輻射屏蔽層，減少宇航員暴露于宇宙射線的風(fēng)險。但挑戰(zhàn)在于月壤的高硅含量（約45%）導(dǎo)致打印件脆性明顯，需添加2-3%的粘結(jié)劑（如聚乙烯醇）提升韌性。未來，結(jié)合機器人自主采礦與打印的閉環(huán)系統(tǒng)，或使月球基地建設(shè)成本降低70%。