匯總來自國外研究領(lǐng)域的三項(xiàng)尖端金屬增材制造進(jìn)展

導(dǎo)讀：隨著全球增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，金屬3D打印工藝及材料創(chuàng)新成為推動行業(yè)升級的關(guān)鍵動力。密切關(guān)注增材制造研究計劃和項(xiàng)目，對于判斷技術(shù)和行業(yè)發(fā)展方向以及下一個重大創(chuàng)新點(diǎn)至關(guān)重要。

2025年9月27日，南極熊獲悉，近期多國科研團(tuán)隊在金屬增材制造領(lǐng)域取得系列突破。美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）、華南理工大學(xué)與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）的研究成果，涵蓋了高性能鋁合金、鈦合金性能預(yù)測以及低成本鈦合金開發(fā)，為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用注入了新動力。

△DuAlumin-3D合金在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度和抗變形能力

ORNL團(tuán)隊為LPBF開發(fā)DuAlumin-3D合金

美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的科學(xué)家團(tuán)隊公布了DuAlumin-3D在汽車零部件應(yīng)用方面的突破性進(jìn)展。該材料專為增材制造工藝開發(fā)，是一種雙重強(qiáng)化鋁合金，即使在 300°C 至 400°C 的極高溫度下也具有極強(qiáng)的抗蠕變和疲勞性能。

在關(guān)于這種創(chuàng)新合金的最新披露中，ORNL團(tuán)隊報告稱它的性能優(yōu)于傳統(tǒng)合金。尤其值得一提的是，在LPBF工藝中，具有類似熱特性的標(biāo)準(zhǔn)鋁合金經(jīng)常出現(xiàn)開裂，而DuAlumin-3D部件則不會，這部分歸功于較短的熱處理周期特性。這使得這種金屬增材制造耗材非常適合高溫汽車應(yīng)用，例如高效發(fā)動機(jī)，以及航空航天部件，例如優(yōu)化的熱交換器組件。

DuAlumin-3D是在VTO動力總成材料核心項(xiàng)目下，與美國能源部先進(jìn)材料與制造辦公室合作開發(fā)的。開發(fā)這種新材料的總體目標(biāo)是向市場推出一種兼具高彈性和輕量化，并且至關(guān)重要的是，適合LPBF工藝的鋁合金。

高級研發(fā)人員兼項(xiàng)目首席研究員Plotkowski說道：“鋁合金對我們來說是一個非常有趣的研究領(lǐng)域。主要的挑戰(zhàn)在于，傳統(tǒng)的鍛造鋁合金，也就是我們在全球使用最廣泛、性能最優(yōu)異的鋁合金，很難通過增材制造進(jìn)行加工。DuAlumin-3D在300°C下?lián)碛兴袖X合金中最佳的抗蠕變性能，解決了這一難題。

△華南理工大學(xué)研究題目為“機(jī)器學(xué)習(xí)能夠通過堆疊模型預(yù)測大規(guī)模激光粉末床熔合制備的Ti6Al4V的機(jī)械性能”（傳送門）

華南理工大學(xué)研究人員提出機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測Ti6Al4V性能

華南理工大學(xué)的研究人員發(fā)表了一項(xiàng)研究成果，提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來預(yù)測鈦合金Ti6Al4V 3D打印部件的性能。這項(xiàng)研究基于大規(guī)模LPBF，借鑒堆疊集成學(xué)習(xí)，根據(jù)各種打印機(jī)和材料參數(shù)預(yù)測結(jié)果。

在LPBF過程中，大量的設(shè)置和參數(shù)使得達(dá)到最佳組合變得極具挑戰(zhàn)性。雖然可以應(yīng)用單模型機(jī)器學(xué)習(xí)方法，但它們受到交互過程設(shè)置的復(fù)雜性的限制。另一方面，堆疊學(xué)習(xí)模型可以更好地處理這種復(fù)雜性。

華南理工大學(xué)團(tuán)隊通過在大型LPBF系統(tǒng)上設(shè)置鈦測試打印的參數(shù)范圍來證明這一點(diǎn)，然后使用各種算法（包括ANN，ENet，KRR，GBR和Lasso）構(gòu)建用于預(yù)測部件拉伸強(qiáng)度的堆疊模型。使用Ayesian優(yōu)化和交叉驗(yàn)證來優(yōu)化模型，并應(yīng)用多種指標(biāo)來評估它的性能。

分析表明，對拉伸強(qiáng)度影響最大的參數(shù)依次為掃描速度、激光功率。經(jīng)過優(yōu)化，確定了堆疊模型的最優(yōu)基礎(chǔ)模型組合。訓(xùn)練和測試結(jié)果表明，堆疊模型比ANN模型具有更高的預(yù)測精度和更強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠更好地捕捉工藝參數(shù)與拉伸強(qiáng)度之間的復(fù)雜關(guān)系。

最終，這項(xiàng)工作展示了堆疊集成學(xué)習(xí)模型如何幫助更好地預(yù)測鈦合金打印時的抗拉強(qiáng)度。

△RMIT研究題目為“預(yù)測金屬增材制造中柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變的成分標(biāo)準(zhǔn)”（傳送門）

RMIT團(tuán)隊研發(fā)出價格便宜29%的鈦合金

澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）工程師團(tuán)隊成功研發(fā)出一種新型3D打印鈦合金，生產(chǎn)成本較行業(yè)主流Ti-6Al-4V合金低29%，同時在機(jī)械性能和打印均勻性方面實(shí)現(xiàn)了提升。新型合金有效避免了柱狀微結(jié)構(gòu)帶來的性能不均問題，為3D打印在航空航天及高端制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用掃除障礙。RMIT團(tuán)隊已為該材料申請臨時專利，并積極推進(jìn)技術(shù)商業(yè)化，與產(chǎn)業(yè)合作伙伴共同推動新型鈦合金的市場落地。

博士生兼研究主要作者Ryan Brooke說道：“3D打印可以實(shí)現(xiàn)更快、更少浪費(fèi)、更具定制化的生產(chǎn)，但我們?nèi)匀灰蕾嘥i-6Al-4V等傳統(tǒng)合金，無法充分發(fā)揮其潛力。這就像我們制造了一架飛機(jī)，卻仍然只是在街上駕駛。新型鈦合金和其它合金將使我們能夠真正突破3D打印的極限，而我們研究中概述的新型合金設(shè)計框架正是朝著這個方向邁出的重要一步。”

這三項(xiàng)國際前沿研究成果不僅展現(xiàn)了金屬增材制造領(lǐng)域在材料創(chuàng)新、工藝優(yōu)化和智能預(yù)測方面的最新進(jìn)展，也為行業(yè)未來發(fā)展提供了重要參考。隨著新材料和智能算法的不斷涌現(xiàn)，金屬3D打印有望在汽車、航空航天及高端制造等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用和突破。