中國香港鈦合金鈦合金粉末合作

碳纖維增強鋁基（AlSi10Mg+20% CF）復(fù)合材料通過3D打印實現(xiàn)各向異性設(shè)計。美國密歇根大學(xué)開發(fā)的定向碳纖維鋪放技術(shù)，使復(fù)合材料沿纖維方向的導(dǎo)熱系數(shù)達220W/m·K，垂直方向為45W/m·K，適用于定向散熱衛(wèi)星載荷支架。另一案例是氧化鋁顆粒（Al?O?）增強鈦基復(fù)合材料，硬度提升至650HV，用于航空發(fā)動機耐磨襯套。挑戰(zhàn)在于增強相與基體的界面結(jié)合——采用等離子球化預(yù)包覆工藝，在鈦粉表面沉積200nm Al?O?層，可使界面剪切強度從50MPa提升至180MPa。未來，多功能復(fù)合材料（如壓電、熱電特性集成）或推動智能結(jié)構(gòu)件發(fā)展。

鎂合金（如WE43）和鐵基合金的3D打印植入體，可在人體內(nèi)逐步降解，避免二次手術(shù)取出。韓國浦項工科大學(xué)打印的Mg-Zn-Ca多孔骨釘，通過調(diào)控孔徑（300-500μm）和磷酸鈣涂層厚度，將降解速率從每月1.2mm降至0.3mm，與骨愈合速度匹配。但鎂的劇烈放氫反應(yīng)易引發(fā)組織炎癥，需在粉末中添加1-2%的稀土元素（如釹）抑制腐蝕。另一突破是鐵基支架的磁性引導(dǎo)降解——復(fù)旦大學(xué)團隊在Fe-Mn合金中嵌入四氧化三鐵納米顆粒，通過外部磁場加速局部離子釋放，實現(xiàn)降解周期從24個月縮短至6-12個月的可編程控制。此類材料已進入動物實驗階段，但長期生物安全性仍需驗證。海南鈦合金工藝品鈦合金粉末價格全球金屬3D打印材料市場規(guī)模預(yù)計2025年超50億美元。

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%。

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$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。 航空航天領(lǐng)域利用鈦合金打印耐高溫發(fā)動機部件。

4D打印通過材料自變形能力實現(xiàn)結(jié)構(gòu)隨時間或環(huán)境變化的功能。鎳鈦諾（Nitinol）形狀記憶合金粉末的SLM打印技術(shù)，可制造體溫“激”活的血管支架——在37℃時直徑擴張20%，恢復(fù)預(yù)設(shè)形態(tài)。德國馬普研究所開發(fā)的梯度NiTi合金，通過調(diào)控鉬（Mo）摻雜量（0-5%），使相變溫度在-50℃至100℃間精確可調(diào)，適用于極地裝備的自適應(yīng)密封環(huán)。技術(shù)難點在于打印過程的熱循環(huán)會改變奧氏體-馬氏體轉(zhuǎn)變點，需通過800℃×2h的固溶處理恢復(fù)記憶效應(yīng)。4D打印的航天天線支架已通過ESA測試，在太空溫差（-170℃至120℃）下自主展開，展開誤差<0.1°，較傳統(tǒng)機構(gòu)減重80%。

3D打印鈦合金骨科器械的生物相容性已通過國際標(biāo)準(zhǔn)認證，成為定制化手術(shù)工具的新趨勢。中國香港鈦合金鈦合金粉末合作

高熵合金（HEA）憑借多主元（≥5種元素）的固溶強化效應(yīng)，成為極端環(huán)境材料的新寵。美國HRL實驗室開發(fā)的CoCrFeNiMn粉末，通過SLM打印后抗拉強度達1.2GPa，且在-196℃下韌性無衰減，適用于液氫儲罐。其主要主要挑戰(zhàn)在于元素均勻性控制——等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化（PREP）工藝可使各元素偏析度<3%，但成本超$2000/kg。近期，中國科研團隊通過機器學(xué)習(xí)篩選出FeCoNiAlTiB高熵合金，耐磨性比工具鋼提升8倍，已用于石油鉆探噴嘴的批量打印。中國香港鈦合金鈦合金粉末合作