導讀：由于理想的強度和重量特性，汽車和航空航天領域對高溫鈦合金的需求正在增加。然而，工程重量比、復雜的結構、工作溫度以及鈦零件的發展速度對傳統制造工藝提出了挑戰。因此，增材制造技術成了制造商突破這一挑戰的有力工具。

　　南極熊獲悉，位于意大利福爾諾沃·迪·塔羅（Fornovo di Taro）的BEAMIT集團于2021年3月26日宣布已經開發了鈦合金Ti6242的增材制造工藝。公司表示，Ti6242可用于制造賽車和航空應用部件，且性能優于傳統技術加工的合金。

　　△BEAMIT工廠-Rubbiano（PR）

　　BEAMIT的激光粉末床熔合（LPBF）3D打印工藝可以生產出具有與其他材料相似的抗拉強度和耐熱性水平的組件，但是它們的重量要輕得多。據公司稱，新開發的工藝還可以通過廢物預防和粉末回收來獲得可持續性收益。盡管賽車領域可使用其他材料達到與Ti6242相似的拉伸強度，但重量要大得多。Ti6242可替代鎳超合金制造的零件，例如排氣裝置和超音速飛機發動機材料，減輕重量的同時又不損失強度。

　　△BEAMIT集團總經理Andrea Scanavini

　　3D打印Ti6242

　　Ti6242具有輕質、高拉伸強度的特性，能夠承受高達550°C的溫度，可以打印復雜的形狀。BEAMIT從2019年開始開發適用于LPBF加工的Ti6242增材制造工藝。Ti6242具有抗高溫能力，能夠生產輕質組件而又不影響抗拉強度。這使合金成為賽車和航空航天領域中輕量化和高性能組件的理想選擇。BEAMIT團隊著手通過LPBF工藝優化Ti6242在高溫下的機械性能，從而實現了高達1kMPa的拉伸強度和4.5 g /cm3的密度。

　　△Ti6242顯微組織

　　BEAMIT集團材料與特殊工藝經理Alessandro Rizzi表示這種材料非常適合激光粉末床熔合（LPBF），但真正的重點是熱處理。研究團隊設計了不同的真空循環以優化在室溫和高溫下的機械性能，并開發了集成的高壓熱處理工藝。Ti6242合金在高達550°C的溫度下具有超過600 MPa的高強度重量比，這使材料成為高機械強度和輕量化應用的絕佳選擇，可替代鋼和鎳超合金。

　　△極限拉伸強度（UTS）與溫度關系

　　經過BEAMIT團隊測試比較3D打印Ti6242與常規方法（例如鍛造）生產的Ti6242和另一種高性能鈦合金IMI834零件的機械性能，3D打印組件的性能要優于傳統鍛造組件。通過LPBF生產的Ti6242經過固溶熱處理（高于β-轉變溫度）和老化，在室溫以及300°C、550°C和750°C下拉伸試驗表征。（注意：這些合金通常用于最高550°C的應用；已進行750°C測試以探究在高于正常工作溫度下的性能）。

　　△屈服強度（YS）與溫度關系

　　圖表顯示，AM制造的Ti6242（紅色）在極限拉伸強度（UTS）和屈服強度（YS）方面的機械強度可以媲美傳統技術（鍛造）生產的Ti6242和IMI834（高溫下性能最高的鈦合金之一）。Ti6242（AM）的延展性由斷裂伸長率（ε）值確定。

　　△斷裂伸長率（ε）與溫度關系

　　據BEAMIT稱，這項工藝鞏固了增材制造在汽車和航空航天等行業的作用。公司還稱這項技術還能通過僅使用必要的材料與回收剩余粉末實現可持續性，減少浪費。

　　3D打印鈦合金的應用

　　在汽車方面，豪華車制造商布加迪已在部分車輛中使用了3D打印鈦金屬零件以減輕重量并提高零件的耐高溫性，包括Chiron Pur Sport車型的排氣尾管、鈦合金制動鉗和Bolide超級跑車的鈦合金前翼支架。

　　△布加迪跑車尾氣管，使用EOS M400多激光金屬3D打印機生產同時，汽車改裝專家1016 Industries已將鈦和碳纖維3D打印融合在一起。將3D打印的性能部件集成到邁凱倫720S跑車的超輕量版本中。得益于這項技術，特別版車型的重量比原始車型輕了近9％。

　　△華曙高科FS271M金屬激光燒結系統，圖片來自華曙高科航空航天領域的3D打印鈦材料開發也取得了重大進展。例如，SLM和SLS 3D打印機制造商華曙高科宣布，他們的客戶航天海鷹(哈爾濱)鈦業有限公司開發了一種新的高溫鈦材料TA32，專門用于FS271M 3D打印系統。合金零件可承受最高550攝氏度的工作溫度，并且在高溫下具有出色的拉伸強度、柔韌性和可塑性。

　　△2016年在猶他州希爾空軍基地的基地維修期間，新的金屬3D打印零件將替換F-22戰斗機零件。新鈦金屬零件不會腐蝕，比傳統制造零件采購速度更快、成本更低。美國空軍R. Nial Bradshaw攝。

　　在國外，美國航空航天制造商Spirit AeroSystems先前已在波音787的前機身上安裝了3D打印鈦制結構部件，而美國空軍的希爾空軍基地也已經成功地將3D打印鈦合金支架并入了由航空航天和國防承包商洛克希德·馬丁公司（LockheedMartin）制造的F-22戰斗機。

　　△從2017年開始， RPD床就為波音787 Dreamliner生產鈦部件。照片通過Norsk TitaniumBEAMIT集團

　　BEAMIT集團總部位于Fornovo di Taro（帕爾馬），在金屬粉末增材制造（AM）領域已經運營了24年。擁有48個增材制造系統，分布在帕爾馬和雷焦艾米利亞地區的5個設施中，擁有100多名員工，是歐洲最大的3D打印中心。BEAMIT集團專門為航空航天、汽車、能源、賽車和工業工程等苛刻行業提供高端金屬增材制造組件，并擁有許多相關質量認證，包括航空航天用AS/ EN 9100：2018、NADCAP批準（國家航空航天和國防承包商）認證計劃）和IATF Automotive。高科技工程和金屬粉末領域全球領導者山特維克集團，擁有廣泛的AM合金以及金屬3D打印方面卓越的專業知識，并在2019年獲得了BEAMIT的大量股份。2020年，BEAMIT收購了PRES-X的大量股份。PRES-X是3D打印特殊后處理領域的一家創新型初創企業。然后，它收購了AM服務局ZARE的100％股份，使歐洲的兩家領先公司能夠聯合起來，創建最大的全球增材制造集團，為最苛刻的行業提供服務。

　　參考閱讀：

　　1. BEAMIT develops additive manufacturing process forTitanium Ti6242: a breakthrough for sustainable industrial production.

　　2. BEAMIT develops 3D printing process for Ti6242 forlightweight automotive and aerospace parts3. BEAMIT Develops 3D Printing Process for Strong,Lightweight Titanium Alloy Ti62424. 售價330萬美元的布加迪，使用3D打印鈦合金排氣管5. 4000萬元的布加迪裝3D打印鈦合金制動鉗

　　6. ENHANCED MCLAREN 720S BLENDS CARBON FIBER BODY WITHTITANIUM 3D PRINTING7. 可承受550℃工作溫度，航天海鷹使用華曙設備開發出3D打印TA32鈦粉8. SPIRIT AEROSYSTEMS RECEIVES FIRST NORSK TITANIUM 3DPRINTED PART9. F-22 RAPTOR FITTED WITH 3D PRINTED TITANIUM PART