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RMIT大学3D打印钛合金降本29%

2025-08-19 13:13:14 来源：SMM

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简介：澳大利亚RMIT大学发布最新成果：以铁、铜取代传统钒元素，开发出低成本3D打印钛合金，材料费用直降29%，同时显著提升强度与塑性，并消除柱状晶各向异性。该研究通过成分—微观结构协同设计，为钛合金在航空航天、医疗植入等高门槛领域的规模化应用扫清了成本与性能双重障碍。

钛合金被誉为“太空金属”，却因高价格和难加工长期被束之高阁。传统Ti-6Al-4V中，钒价高昂且有毒性风险，3D打印更易形成粗大的柱状晶，导致零件在不同方向上性能差异显著。RMIT团队逆向思维，从元素周期表中“淘”出廉价铁、铜作为β稳定元素，通过热力学计算锁定最佳成分区间，再利用激光粉末床熔融（LPBF）工艺，在毫秒级凝固过程中引入多组分共晶调幅分解，让晶粒均匀形核、各向同性生长，一举破解了成本与性能“鱼和熊掌”的难题。

实验数据显示，新合金室温抗拉强度提升12%，延伸率提高18%，而显微组织中几乎看不到贯穿式柱状晶。更关键的是，铁、铜原材料价格仅为钒的1/8和1/20，综合测算材料成本下降29%。团队还建立了“成分—冷却速率—晶粒尺寸”定量模型，可在打印前通过软件预测并优化工艺参数，实现“一次打印、零废品”。该模型已嵌入Concept Laser M2系统，打印30 cm高的航空支架，尺寸精度稳定在±50 μm以内，无需后续热等静压，直接交付装机测试。

航空航天领域率先嗅到商机。空客已将该合金列入“明日材料”计划，用于制造A320neo舱门铰链，零件减重15%，单机年省油成本约2.3万美元。医疗植入赛道同样火热。墨尔本圣文森特医院完成首批3D打印膝关节胫骨托临床试验，植入新合金6个月后，患者骨整合评分较Ti-6Al-4V提升22%，且因铜离子微量释放，抗菌率提高40%，有望减少术后感染。FDA与TGA已同步启动快速审评通道，预计2027年获批上市。

低成本钛合金的横空出世，也将重塑全球供应链。当前全球钛粉市场规模约12亿美元，3D打印占比不足10%。RMIT技术若大规模商用，有望将钛合金打印成本拉低至铝合金水平，潜在市场空间瞬间放大至百亿美元。澳大利亚钛矿资源丰富，却苦于初级出口，该项目已与Iluka Resources、CSIRO成立联盟，计划2026年在吉朗港建设年产2000吨铁铜钛合金粉末基地，直接出口亚太与北美。

从昂贵钒元素到平价铁铜，从各向异性柱状晶到均匀等轴晶，RMIT大学的创新不仅是一次材料科学的胜利，更是3D打印迈向产业化的里程碑。当钛合金卸下成本枷锁，飞机将更轻、植入体将更亲和、供应链将更绿色。随着吉朗港粉末工厂投产，澳大利亚有望从“卖矿”升级为“卖方案”，而全球高端制造也将迎来属于钛合金的平价时代。