中国网/中国发展门户网讯 3D打印被认为是制造领域的颠覆性技术，在航空航天等领域得到极大关注和初步应用。然而，与传统制造技术包養網相比，3D打印的材料在循环载荷下的疲劳性能普遍较差，严重制约了其作为结构承力件的广泛应用。近期，中国科学院金属研究所张哲峰团队制备出具有高抗疲劳性能的3D打印钛合金材料。该项研究成果于2024年2月29日发表在《自然》杂志上。

据了解，研究人员首次明确提出，理想状态下3D打印技术直接制备出的钛合金组织本身（称为Net-AM组织）应具有天然的超高疲劳性能，而打印过程中产生的气孔等缺陷掩盖了其自身组织抗疲劳的优点，导致实际测量的3D打印材料疲劳性能大幅降低。然而包養網，目前消除气孔的工艺往往伴随组织粗化，而细化组织的处理又会带来气孔复现，甚至引发晶界α相富集等新的不利因素，可谓进退两难。

研究人员在Ti-6Al-4V合金中首次发现，高温下3D打印态组织的晶界迁移及气孔长大与相转变过程表现出异步的特性包養網。这意味着，存在一个宝贵的热处理工艺窗口，既可实现板条组织细化，又能有效抑制晶界α相富集及气孔复现。为此，研究人员巧妙地利用了这一工艺窗口，发明了缺陷与组织分步调控的NAMP新工艺（Net-Additive Manufacturing Process），最终制备出几乎无气孔的近Net-AM组织 Ti-6Al-4V合金。其拉-拉疲劳强度从原始态的475 MPa提升至 978 MPa，增幅高达106%。通过对比发现，这种近Net-AM组织Ti-6Al-4V合金不仅在所有钛合金材料中具有最高的拉-拉疲劳强度，而且在目前已报道的材料疲劳数据中，还具有最高的比疲劳强度（疲劳强度除以密度）。

本研究工作制备的Net-AM组织钛合金的疲劳性能（R=包養網0.1）：（a） Net-AM组织钛合金拉-拉疲劳强度与增材和锻造钛合金疲劳强度对比；（b）Net-AM组织钛合金与其他材料的比疲劳强度对比。Net-AM组织包養網钛合金不仅在钛合金中具有最高的疲劳强度，而且在所有材料中表现出最高的比疲劳强度。

据悉，这项成果更新了人们以往对3D打印材料疲劳性能不高的固有认识，揭示了3D打印技术在抗疲劳制造方面的独特优势，展现了3D打印材料作为结构承力件在航空航天等重要领域的广阔应用前景。