3D 打印，當下人們(men) 早已耳熟能詳的一項 “新技術”。“上上個(ge) 世紀的思想，上個(ge) 世紀的技術，這個(ge) 世紀的市場”，一句有趣的對 3D 打印發展的評價(jia) ，側(ce) 麵反映了一項革命性技術從(cong) 誕生到真正地影響社會(hui) 生產(chan) 所要經曆的時間考驗。

人們(men) 大多數的了解或許都是來自阿迪達斯當年製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(wei) 最具有想象力的細分方向。近年來，金屬 3D 打印已成為(wei) 革新航空航天、國防、汽車、生物醫學等行業(ye) 金屬構件創新製備的新生平台。

不過，就像從(cong) 光刻機到芯片間有一個(ge) 漫長的產(chan) 業(ye) 鏈，中間任意環節的缺失與(yu) 落後都會(hui) 影響到最後的終端產(chan) 品。金屬 3D 打印也是如此，存在著製約其擴展更大市場的世界性挑戰。其中重大挑戰之一，並不在於(yu) 打印設備上，而是在打印的原材料 —— 金屬粉末和絲(si) 材上。

從(cong) 源頭上遊入手，解決(jue) 產(chan) 業(ye) 鏈終端問題

如同決(jue) 定麵包味道好壞的，除了要看師傅烘焙的手藝，還要看麵粉的質量一樣。金屬打印原材料的品質對於(yu) 3D 打印最終成型件的性能影響是十分巨大的。對於(yu) 航空航天、汽車等領域大規模使用的輕質高強合金來說，如何解決(jue) 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模的關(guan) 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(jue) 熱裂等問題的有效手段。由於(yu) 納米顆粒的比表麵積較大，容易團聚，所以通常采用表麵活性劑或靜電互相排斥的方法來分散納米顆粒。不過，這兩(liang) 種常用的方法在高溫金屬熔體(ti) 中由於(yu) 高溫及金屬熔體(ti) 的導電性而失效。因此，如何克服納米顆粒之間的範德華力，實現其在金屬熔體(ti) 中的均勻分散成為(wei) 亟待解決(jue) 的問題。

對於(yu) 這個(ge) 挑戰，材料科學家們(men) 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》雜誌刊登了一篇關(guan) 於(yu) “含有致密、均勻分散納米顆粒的鎂合金製備與(yu) 性能” 的文章，首先介紹了該研究團隊的發現 —— 如何選擇與(yu) 合金更為(wei) 匹配的納米顆粒，並使其均勻地分散在其中。基於(yu) 這一發現，該研究團隊發展了相應的 “納米冶金” 技術，即利用納米顆粒來改變金屬的凝固行為(wei) 和變形行為(wei) ，從(cong) 而改善金屬的製造性能。這其中便包括利用納米顆粒來解決(jue) 高強鋁合金粉末 3D 打印過程中的熱裂問題。

在此基礎上，研究團隊又經過兩(liang) 年的技術積累，在 2017 年成立了邁特李新材料有限公司，致力於(yu) 以納米冶金技術為(wei) 核心的高性能金屬的研發與(yu) 製造工作。在一係列科研成果基礎上，邁特李開發出了相應的納米冶金工藝和產(chan) 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並提高其製造性能。

性能驗證結果喜人，規模化生產(chan) 正在路上

邁特李的產(chan) 品依托於(yu) 頂尖的高校科研團隊，在攻克了納米顆粒在金屬熔體(ti) 中易團聚的世界難題之後，已陸續成功開發出納米改性超級鋁粉末、納米改性超級鋁絲(si) 材、納米改性超級鋁鑄件及納米改性超級鋁型材等係列產(chan) 品，此後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。

對於(yu) 鋁合金的選擇，公司 CTO 劉偉(wei) 清博士解釋道：“公司的技術是一個(ge) 平台型的，納米顆粒分散技術可以應用在多種金屬中，不僅(jin) 僅(jin) 局限於(yu) 鎂或者鋁合金。至於(yu) 從(cong) 輕質高強鋁合金入手，主要因為(wei) 其市場需求量較大，並且對其輕量化要求較高。” 劉偉(wei) 清表示，在鋁合金粉末及絲(si) 材產(chan) 品成熟後，還會(hui) 逐步擴展到鋁合金鑄件，以及型材這類需求量更大的產(chan) 品上。

對於(yu) 目前鋁合金粉末的打印性能，2019 年一篇發表在《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” 創始團隊完成的論文顯示，通過激光打印的納米複合鋁合金的強度達到了 1000 MPa，塑性超過了 10％，楊氏模量約為(wei) 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(wei) 了可能。

另外，邁特李公司生產(chan) 的納米改性 7075 鋁合金粉末及適用於(yu) 電弧增材製造和電子束增材製造用的納米改性 7075 鋁合金絲(si) 材 3D 打印後，經 T6 處理，抗拉強度可達到 540MPa 以上，延伸率超過 10%，優(you) 於(yu) 同類型鍛件的性能。同時，公司開發的其他係列納米改性高強鋁合金粉末 3D 打印後強度可達 600MPa 以上。

圖 | 邁特李納米改性超級鋁合金絲(si) 材

目前，邁特李已與(yu) 國內(nei) 知名的鋁合金生產(chan) 企業(ye) 、手機廠商、歐洲大型鋼鐵企業(ye) ，以及日本大型鋁合金製造企業(ye) 等眾(zhong) 多用戶建立了戰略合作夥(huo) 伴關(guan) 係。公司也計劃進一步擴展生產(chan) 規模，已經在深圳規劃建立全新的生產(chan) 線。

隨著更多技術難題的解決(jue) 和市場驗證，以邁特李新材料有限公司為(wei) 代表的新興(xing) 納米冶金技術，有機會(hui) 成為(wei) 新時代的革命性技術平台，無縫對接現有工藝流程與(yu) 規模化的生產(chan) ，從(cong) 而促進超級金屬廣泛應用，引發 21 世紀的新金屬革命。