3D 打印，當下人們早已耳熟能詳?shù)囊豁?“新技術”。“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”，一句有趣的對 3D 打印發(fā)展的評價，側面反映了一項革命性技術從誕生到真正地影響社會生產(chǎn)所要經(jīng)歷的時間考驗。

人們大多數(shù)的了解或許都是來自阿迪達斯當年制備新型光敏樹脂鞋底那段酷炫的打印視頻。但實際上，在 3D 打印廣泛的技術圖譜中，金屬 3D 打印才是被廣泛認為最具有想象力的細分方向。近年來，金屬 3D 打印已成為革新航空航天、國防、汽車、生物醫(yī)學等行業(yè)金屬構件創(chuàng)新制備的新生平臺。

不過，就像從光刻機到芯片間有一個漫長的產(chǎn)業(yè)鏈，中間任意環(huán)節(jié)的缺失與落后都會影響到最后的終端產(chǎn)品。金屬 3D 打印也是如此，存在著制約其擴展更大市場的世界性挑戰(zhàn)。其中重大挑戰(zhàn)之一，并不在于打印設備上，而是在打印的原材料 —— 金屬粉末和絲材上。

從源頭上游入手，解決產(chǎn)業(yè)鏈終端問題

如同決定面包味道好壞的，除了要看師傅烘焙的手藝，還要看面粉的質量一樣。金屬打印原材料的品質對于 3D 打印最終成型件的性能影響是十分巨大的。對于航空航天、汽車等領域大規(guī)模使用的輕質高強合金來說，如何解決其 3D 打印成型過程中的熱裂問題，是 3D 打印技術突破市場規(guī)模的關鍵著力點。

在合金中摻入均勻分散的納米顆粒，則是一種提高金屬粉末打印成型性能、解決熱裂等問題的有效手段。由于納米顆粒的比表面積較大，容易團聚，所以通常采用表面活性劑或靜電互相排斥的方法來分散納米顆粒。不過，這兩種常用的方法在高溫金屬熔體中由于高溫及金屬熔體的導電性而失效。因此，如何克服納米顆粒之間的范德華力，實現(xiàn)其在金屬熔體中的均勻分散成為亟待解決的問題。

對于這個挑戰(zhàn)，材料科學家們給出了自己的答案。最早在 2015 年 12 月，世界頂級科學期刊《自然》雜志刊登了一篇關于 “含有致密、均勻分散納米顆粒的鎂合金制備與性能” 的文章，首先介紹了該研究團隊的發(fā)現(xiàn) —— 如何選擇與合金更為匹配的納米顆粒，并使其均勻地分散在其中。基于這一發(fā)現(xiàn)，該研究團隊發(fā)展了相應的 “納米冶金” 技術，即利用納米顆粒來改變金屬的凝固行為和變形行為，從而改善金屬的制造性能。這其中便包括利用納米顆粒來解決高強鋁合金粉末 3D 打印過程中的熱裂問題。

在此基礎上，研究團隊又經(jīng)過兩年的技術積累，在 2017 年成立了邁特李新材料有限公司，致力于以納米冶金技術為核心的高性能金屬的研發(fā)與制造工作。在一系列科研成果基礎上，邁特李開發(fā)出了相應的納米冶金工藝和產(chǎn)品，將陶瓷、化合物等材料的納米顆粒均勻混入金屬或合金中，對其進行 “改性” 及 “增強”，突破原有金屬材料的性能桎梏并提高其制造性能。

性能驗證結果喜人，規(guī)模化生產(chǎn)正在路上

邁特李的產(chǎn)品依托于頂尖的高校科研團隊，在攻克了納米顆粒在金屬熔體中易團聚的世界難題之后，已陸續(xù)成功開發(fā)出納米改性超級鋁粉末、納米改性超級鋁絲材、納米改性超級鋁鑄件及納米改性超級鋁型材等系列產(chǎn)品，此后將逐步擴展到納米改性 “超級銅”、“超級鋼”、“超級高溫合金” 等材料中。

對于鋁合金的選擇，公司 CTO 劉偉清博士解釋道：“公司的技術是一個平臺型的，納米顆粒分散技術可以應用在多種金屬中，不僅僅局限于鎂或者鋁合金。至于從輕質高強鋁合金入手，主要因為其市場需求量較大，并且對其輕量化要求較高。” 劉偉清表示，在鋁合金粉末及絲材產(chǎn)品成熟后，還會逐步擴展到鋁合金鑄件，以及型材這類需求量更大的產(chǎn)品上。

對于目前鋁合金粉末的打印性能，2019 年一篇發(fā)表在《自然》子刊《自然?通訊》（Nature Communications）的論文給出了讓人放心的回答。這篇由 “邁特李” 創(chuàng)始團隊完成的論文顯示，通過激光打印的納米復合鋁合金的強度達到了 1000 MPa，塑性超過了 10％，楊氏模量約為 200 GPa。

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圖 | 邁特李納米改性超級鋁合金粉末

由此，團隊打破了金屬打印性能的世界紀錄，讓更多有著革新性的金屬 3D 打印應用成為了可能。

另外，邁特李公司生產(chǎn)的納米改性 7075 鋁合金粉末及適用于電弧增材制造和電子束增材制造用的納米改性 7075 鋁合金絲材 3D 打印后，經(jīng) T6 處理，抗拉強度可達到 540MPa 以上，延伸率超過 10%，優(yōu)于同類型鍛件的性能。同時，公司開發(fā)的其他系列納米改性高強鋁合金粉末 3D 打印后強度可達 600MPa 以上。

圖 | 邁特李納米改性超級鋁合金絲材

目前，邁特李已與國內知名的鋁合金生產(chǎn)企業(yè)、手機廠商、歐洲大型鋼鐵企業(yè)，以及日本大型鋁合金制造企業(yè)等眾多用戶建立了戰(zhàn)略合作伙伴關系。公司也計劃進一步擴展生產(chǎn)規(guī)模，已經(jīng)在深圳規(guī)劃建立全新的生產(chǎn)線。

隨著更多技術難題的解決和市場驗證，以邁特李新材料有限公司為代表的新興納米冶金技術，有機會成為新時代的革命性技術平臺，無縫對接現(xiàn)有工藝流程與規(guī)模化的生產(chǎn)，從而促進超級金屬廣泛應用，引發(fā) 21 世紀的新金屬革命。