本站9月2日消息，據媒體報道，中國科學院金屬研究所近期成功研發一種新型3D打印后處理技術，制備出具備“全能”抗疲勞性能的鈦合金材料，刷新了金屬材料抗疲勞性能的世界紀錄。
這項突破性研究由該所張哲峰與張振軍研究員團隊完成，相關成果論文已發表于國際知名學術期刊《Science Advances》。該技術為3D打印在高精尖領域的應用清除了一個關鍵障礙——即打印件疲勞性能較差的問題。
3D打印技術因其可輕松制造復雜、輕量化金屬構件的能力，在新一代飛機、航天器等高端裝備中極具應用潛力。然而，傳統3D打印金屬零件存在明顯短板：在反復受力后容易產生裂紋甚至斷裂，嚴重限制了其關鍵承壓場景下的使用。
研究中所指的“全能”抗疲勞，是指材料在各種應力比條件下均表現出卓越的抗疲勞性能，即能夠抵抗循環載荷而不發生破壞。
2024年初，該團隊發明了一種稱為“凈增材制造”（Net-AM preparation，NAMP）的新工藝，可精確控制材料內部結構及缺陷。利用該工藝制備的常用鈦合金Ti-6Al-4V，成功同時消除了微孔和粗大組織——這兩者正是引發疲勞破壞的主要因素。新材料在“拉-拉”循環應力條件下，其“比疲勞強度”（強度與密度之比，是評價輕質材料疲勞性能的關鍵指標）打破了世界紀錄，首次證明3D打印材料亦可具備頂尖抗疲勞能力。
現實中，諸如飛機發動機葉片、起落架等部件受力復雜，不僅存在“拉-拉”狀態，還包括“拉-壓”等多變應力比條件，而傳統鈦合金微觀組織往往只在特定應力比下表現良好。研究團隊通過系統分析，識別出鈦合金中多種易導致疲勞裂紋的薄弱結構及其激活條件，并利用NAMP工藝制備出幾乎無孔洞的3D打印組織，同步優化了所有這些薄弱環節，使材料能夠在全應力比條件下均保持高疲勞強度。
實驗數據顯示，這種“全能”抗疲勞鈦合金在不同應力比的疲勞測試中，“比疲勞強度”全面超越已知所有金屬材料，展現出前所未有的綜合性能。
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