高強高韌3D打印鋁合金Al250C的性能及應用前景
目前如何通過基于粉末床工藝的選區激光熔化3D打印來加工鋁合金材料，仍存在著商業與技術邏輯上的瓶頸。在商業方面, 鋁合金的價格相對于高溫合金來說是便宜的，就目前3D打印所成就的高附加零件來說，材料所占的成本比重并不明顯，那么鋁合金的價格優勢就難以顯現出來。在技術邏輯上，由于傳統鋁合金的成形特點，大部分牌號不適用于3D打印，僅有幾種鑄鋁牌號合金適用于3D打印技術，并且由于其自身材料性能的限制，難以滿足高強、高溫應用要求。針對目前存在的瓶頸，旨在滿足高附加值應用的新牌號鋁合金3D打印材料正呈現上升趨勢。將分享倍豐科技創始人、澳大利亞工程院吳鑫華院士領導的莫納什大學研究團隊，在鋁合金3D打印材料領域的科研成果。該成果是一種牌號為Al250C的高強高韌3D打印專用鋁合金材料。
Al250C材料打印的高效航空熱交換器
© 吳鑫華院士團隊
以技術發展彌補商業空白
Al250C 材料的力學性能
Al250C 材料強度達到目前可用于3D打印的鋁合金材料中最高水平，抗拉強度穩定達到570MPa以上，延伸率穩定達到12%以上，制備的航空零部件通過了250℃高溫下持續5000小時的穩定試驗，相當于發動機常規服役25年的要求。
Al250C熱處理前后樣棒室溫力學性能
© 吳鑫華院士團隊
3D打印常用鋁合金AlSi10Mg的屈服強度為260MPa,打印后的延伸率為4-6%，最高使用溫度小于100℃，無論從性能上還是使用溫度上，都無法滿足航空航天鋁合金產品的苛刻要求。
Al250C的強度接近常用AlSi10Mg系鋁合金材料強度的2倍。特別指出的是，Al250C表現出了優異的高溫使用壽命，對比目前適用于金屬3D打印的Scalmalloy 鋁合金，其在250℃時的使用壽命僅為100小時，而Al250C在同樣溫度下的使用壽命超過5000小時，極大提高了使用壽命。
Al250C力學性能與其它鋁合金的對比
© 吳鑫華院士團隊
應用前景
倍豐科技創始人、澳大利亞工程院吳鑫華院士表示：高強度3D打印鋁合金在航天制造領域的應用尤為重要，主要目標是實現航天器減重以及縮短交付周期，從而降低綜合生產成本、提升綜合效益。高強度3D打印鋁合金可使航天器零件減重20-90%不等，加工周期縮短3-12個月不等。典型應用包括：衛星射頻陣列天線支架，耦合震動阻尼器，空間站中多種支架構件如：導軌支架、測控天線支架。
同樣的優勢也將為新能源汽車制造帶來應用價值。例如通過高強度3D打印鋁合金制造新能源汽車型材與鑄件之間等的鏈接件，減少這些產品之間的焊縫，提高汽車的安全性同時降低汽車的重量。3D打印應用還將減少傳統鑄件前期生產的模具用量，降低新型車研發周期與成本。
Al250C材料彌補了傳統6系鋁合金材料不能完全適用3D打印工藝的缺點，同時解決了傳統鋁合金強度低、使用溫度低等問題，是一種新型高強度鋁合金材料，具有著廣泛的應用前景。
除了在實現輕量化、提高綜合效益等方面的優勢，Al250C材料還因其耐高溫、高強度特點，適合開發熱管理部件，如航空高效熱交換器（見文首圖片）。一方面在相同的耐壓條件下，可實現與常規AlSi10Mg鋁合金相比更薄的壁厚，更輕的重量，并實現更好的換熱效果；另一方面可取代原中溫環境下使用的低傳熱系數材料鈦合金和不銹鋼，實現減重、高效傳熱雙重提升。
Al250C粉末和打印產品
© 吳鑫華院士團隊
目前，吳鑫華院士團隊研發的Al250C 3D打印鋁合金材料已連續用于增材制造多種產品兩年多，獲得了來自國內外航空航天和科研等領域用戶的市場應用反饋。用該材料制作的鋁合金3D打印結構件，更有希望替代目前航空航天上的部分鈦合金構件，達到航天航空領域降低重量與節約成本的目的。
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