材料科学界已普遍接受3D打印钛合金技术，其在航空航天、医疗等领域应用广泛。然而，传统钛合金如Ti-6Al-4V在3D打印时存在晶粒结构不一致的问题。澳大利亚皇家墨尔本理工大学的研究人员开发了一种新方法，通过评估非平衡凝固范围、生长限制因子和结构过冷参数，发现结构过冷参数（P）是指导3D打印合金设计最可靠的参数。该团队已成功研发出一种新型钛合金，其生产成本比普通钛合金低30%，同时实现了晶粒结构均匀、强度和延展性更佳，有望降低高性能部件的制造成本。

🚀 3D打印钛合金的广泛应用与现有局限：钛合金因其优异的性能，如高强度重量比、耐腐蚀性和生物相容性，已被广泛应用于飞机框架、医疗植入物等领域。然而，传统的Ti-6Al-4V合金在3D打印过程中容易形成柱状晶粒，导致零件在特定方向上强度不足或性能不一致，限制了3D打印技术的潜力。

🔬 新型预测方法与关键参数的发现：澳大利亚皇家墨尔本理工大学的研究人员提出了一种预测增材制造金属晶粒结构的新方法，通过评估非平衡凝固范围（ΔTs）、生长限制因子（Q）和结构过冷参数（P）三个关键参数。研究发现，结构过冷参数（P）是指导3D打印合金设计中最可靠的参数，能够有效实现所需的强度和耐久性晶粒结构。

💡 新型钛合金的突破性进展：基于该预测方法，研究团队成功研发出一种新型钛合金。与普通钛合金相比，其生产成本降低了30%，同时还实现了晶粒结构的均匀性，并显著提升了强度和延展性。这一突破有望使钛合金在航空航天、医疗等行业得到更广泛和经济的应用，降低高性能部件的制造成本。

📈 提升效率与降低成本的商业化前景：该方法通过利用大量实验数据和计算工具，减少了合金开发过程中的迭代次数，从而加快了开发周期并降低了成本。研究团队计划将此技术商业化，预示着高性能钛合金的生产将变得更加高效和经济，为相关行业带来显著的经济效益。

显然，材料科学界的人们已经完全接受了我们能够随意3D 打印钛合金这一事实。由于钛合金具有出色的强度重量比、耐腐蚀性和生物相容性，因此被用于制造飞机框架、喷气发动机部件、髋关节和膝关节置换物、牙科植入物、船体和高尔夫球杆。

正在增材制造的钛合金

澳大利亚皇家墨尔本理工大学 (RMIT University) 的增材制造研究员瑞安·布鲁克 (Ryan Brooke) 认为，我们可以做得更好。“3D 打印可以实现更快、更少浪费、更灵活的生产，但我们仍然依赖 Ti-6Al-4V 等传统合金，无法充分利用这一潜力，”他说道。“这就像我们造了一架飞机，却还在街上驾驶它。”

钛合金重量轻、强度高、耐腐蚀，因此可用于喷气发动机

Ti-6Al-4V 也称为钛合金 6-4 或 5 级钛，是铝和钒的组合。它坚固、刚性好，并且具有极强的抗疲劳性。然而，3D 打印的 Ti-6Al-4V 倾向于形成柱状晶粒，这意味着用这种材料制成的零件可能在一个方向上很坚固，但在其他方向上却很脆弱或不一致——因此可能需要与其他元素进行合金化来纠正这种情况。

公平地说，布鲁克是说到做到的。他本月在《自然》杂志上发表了一篇论文，探讨了一种新方法，即找到一种可靠的方法来预测增材制造金属的晶粒结构，从而指导我们设计可3D打印的新型高性能合金。

研究人员在过去三年中一直在研究的这种方法，评估了预测合金晶粒结构的三个关键参数，以确定增材制造配方是否能产生良好的合金：

非平衡凝固范围（ΔTs）：非平衡条件下金属凝固的温度范围。

生长限制因子（Q）：凝固开始时成分过冷发展的初始速率。

结构过冷参数（P）：新晶粒在整个凝固过程中成核和生长的总体潜力，而不仅仅是在开始时。

通过这项工作，该团队通过实验验证了 P 是指导 3D 打印合金中合金元素选择的最可靠参数，以实现所需的强度和耐久性晶粒结构。

研究主要作者 Ryan Brooke 检查了这种新型钛合金的样品，其生产成本比标准钛合金低 30%

据称，该方法利用了大量的实验数据和计算工具，通过减少迭代次数和加快开发周期，可以节省开发增材制造合金的时间和成本。

由于计划很快将其商业化，该团队并未在论文中描述其自主研发的钛合金，但声称其生产成本比普通钛合金低29%。研究人员还指出，“他们不仅能够生产出晶粒结构均匀的钛合金，而且成本更低，同时还能使其强度更高、延展性更强。”

这可能使钛合金更适用于从航空航天到医疗保健等行业的上述应用，并可能降低制造和维护高性能部件的成本。