突破焊接限制！3D列印技術首創雙金屬一體成型結構
賓州州立大學研究團隊運用創新3D列印技術，成功打造出過去只能透過焊接實現的複雜金屬結構——將兩種金屬完美融合成單一元件。這項突破性成果發表於《npj先進製造》期刊，標誌著金屬增材製造技術的重大進展。
研究人員採用名為「多材料雷射粉末床熔融」的先進製程，在學校新購置的CIMP-3D裝置輔助下，使用低碳不鏽鋼與銅錫合金（90%銅+10%錫）的混合粉末，列印出精密的雙金屬結構。機械工程博士候選人、論文第一作者Jacklyn Griffis強調：「我們是美國首間實現選擇性粉末沉積技術的大學，能在單層列印中同時熔融多種金屬粉末。」
這套關鍵裝置是2023年8月引進的Aerosint選擇性粉末沉積系統，已整合至CIMP-3D中心的3D Systems ProX320 AM機臺。Griffis解釋：「每件1公分高的金屬元件包含數千層金屬粉末，列印過程僅需數小時。這些細如麵粉的微米級粉末，能透過雷射精準熔合。」
研究團隊特別展示三種金屬（不鏽鋼、鎳基合金與純銅）的燒結測試樣品，驗證這套系統的多材料金屬列印能力。共同通訊作者Guha Manogharan教授指出：「我們不僅掌握多材料列印技術，更能即時監控熔池狀態，透過CT掃描建立3D數位模型，偵測孔隙、介面裂紋等微米級缺陷。」
為克服雙金屬同步列印的技術瓶頸，團隊深入研究製程引數與元件品質的關聯性，特別分析不同列印方向（直立、平放或側置）對結構的影響。Griffis說明：「我們建立列印方向與結構缺陷的關聯模型，包括裂紋、孔隙率、介面微結構等，並將這些缺陷與實際效能表現相互對照。」
最終成品採用稱為「螺旋二十四面體」的複雜幾何結構，這種常用於熱交換器與生醫植入物的設計，充分展現新製程的獨特優勢——唯有多材料雷射粉末床熔融技術能實現此類多材料一體成型。Manogharan教授強調：「賓州州大持續引領金屬3D列印發展，現在我們更能精確控制各材料的分佈位置，但要實現量產，仍需深入理解材料介面失效的根本原因。」
研究團隊下一步將匯入製程監控系統，提升技術穩定性以符合量產需求，並計劃擴充套件至鎳基合金、純銅等其他金屬材料的複合列印應用。這項技術突破為航太、能源與醫療器材產業開創嶄新的設計可能性。
