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《NASA研发出可用于航天极端高温的新型3D打印金属合金》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-08-25

  • 转自全球技术地图

    据NASA官网8月16日消息，美国NASA格伦研究中心研发出名为“GRX-810”的金属合金，该金属合金将用于3D打印耐极端温度的航天发动机部件。该金属合金由镍、钴、铬组成，表面覆盖纳米氧化物涂层，显著提升耐热性和寿命。其中，研究人员利用“共振声学混合技术”开发了“先进弥散涂层技术”，将氧化物涂层均匀地覆盖在金属颗粒上，并使它们非常坚固。在约1077摄氏度的高温下，GRX-810零件可长期承受应力。Elementum 3D公司已获得NASA专利许可进行批量生产，同时测试在航空航天领域的发动机和流量传感器等设备的应用。

  • 原文来源：https://www.nasa.gov/technology/tech-transfer-spinoffs/nasa-developed-printable-metal-can-take-the-heat/
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  • 《NASA开发新的航天级3D打印铜合金粉末》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-03-22
    • NASA（美国国家航空航天局）的研究人员开发了一种新的3D打印铜合金材料，并通过该材料和选区激光熔化3D打印设备制造了一种火箭推进部件。 这一新材料是GRCop-42，它是一种高强度，高导电率的铜基合金，由NASA 马歇尔太空飞行中心（MSFC）和俄亥俄州的美国宇航局格伦研究中心（GRC）的团队创建。 图：NASA 马歇尔太空飞行中心进行3D打印喷嘴的热火试验。 来源：NASA / MSFC。 高导热性、蠕变性和高温强度 GRCop-42 铜合金粉末可用于生产近乎完全密集的3D打印部件，如火箭燃烧室内衬和燃料喷射器面板。 GRCop-42 3D打印铜合金粉末还有一个“前身“-GRCop-84。根据3D科学谷的市场观察，NASA 从2014年开始开发这种用于制造火箭燃烧室的GRCop-84 3D打印铜合金粉末。 继2016年和2017年，NASA 在马歇尔太空飞行中心对3D打印的GRCop-84组件进行热火试验后，该团队开始开发GRCop-42。NASA 希望通过该材料具有与GRCop-84相似强度，但具有更高导热率。NASA 研究人员表示，通过该材料制造的增材制造发动机燃烧室组件将“超过传统方式制造的上一代产品”。 整个2018年，NASA团队对GRCop-42 金属粉末进行了测试，通过选区激光熔化3D打印技术证明了其可加工性。这类增材制造设备此前被用于制造GRCop-84 铜合金粉末材料。 NASA研究团队在测试过程中使用Concept Laser M2 金属增材制造系统制造了25个小组件，打印层厚为之前制造GRCop-84材料时的50%（0.045mm）。 研究人员观察到，用GRCop-42 材料3D打印的组件冷却得更快。NASA研究人员通过热等静压机（HIP）进行后处理，从而降低金属孔隙率，然后将组件送至格伦研究中心进行其他后处理和室温拉伸测试。 NASA 测试结果发现，由GRCop-42制成的3D打印金属部件表现出高导热性，优异的蠕变（变形）性和高温强度。 NASA团队预计将通过构建更大的3D打印组件，来测试GRCop-42 铜合金粉末的参数集。 3D科学谷Review 铜是一种导热性和反射性极佳的材料，这一属性也使选区激光熔化技术在进行铜合金零件增材制造时充满挑战。铜金属在激光熔化的过程吸收率低，激光难以持续熔化铜金属粉末，从而导致成形效率低，冶金质量难以控制。 根据3D科学谷的市场观察，多家火箭制造企业在开发铜合金3D打印工艺，并通过这一技术制造功能集成的火箭发动机部件。 Aerojet Rocketdyne在火箭铜合金推力室3D打印领域取得的突破，为制造新一代RL10发动机带来了可能性。3D打印铜合金推力室部件将替代以前的RL10C-1推力室部件。被替代的推力室部件是由传统工艺制造的，由多个不锈钢零件焊接而成，而3D打印的铜合金推力室部件则由两个铜合金零件构成。 相比传统的制造工艺，选区激光熔化3D打印技术为推力室的设计带来了更高的自由度，使设计师可以尝试具有更高热传导能力的先进结构。而增强的热传导能力使得火箭发动机的设计更加紧凑和轻量化，这正是火箭发射技术所需要的。 从事小型火箭制造与发射的航天初创企业Launcher 也测试了铜合金火箭发动机部件。Launcher去年以来一直致力于开发概念验证发动机E-1 ，这是一种3D打印铜合金（Cucrzr）发动机部件，集成了复杂冷却通道，这一设计将使发动机冷却效率得到提升。 图：Launcher与3T、EOS 开发的3D打印铜合金火箭发动机部件 NASA在2015年取得了铜合金部件3D打印方面获得进展，制造技术也是选区激光熔化3D打印，打印材料为GRCo-84铜合金。NASA用这项技术制造的3D打印零件为火箭燃烧室衬里，该部件总共被分为8,255层，进行逐层打印，打印时间为10天零18个小时。 这个铜合金燃烧室零部件内外壁之间具有200多个复杂的通道，制造这些微小的、具有复杂几何形状的内部通道，即使对增材制造技术来说也是一大挑战。部件打印完成后，NASA的研究人员使用电子束自由制造设备为其涂覆一层含镍的超合金。NASA的最终目标是要是要使火箭发动机零部件的制造速度大幅提升，同时至少降低50%的制造成本。 根据3D科学谷的市场研究，国内金属3D打印企业铂力特已在铜金属激光成形领域取得了进展，研制出针对难熔金属和高导热、高反射金属的3D打印工艺，实现了复杂流道的铜材料制造工艺，成功制备出3D打印铜合金尾喷管。
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  • 《MIM金属3D打印：工业级小型金属3D打印机》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-06-12
    • 金属注射成型（metal Injection Molding，MIM）是一种适于生产小型、三维复杂形状以及具有特殊性能要求制品的近净成形工艺，是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。基本工艺过程是：将各种微细金属粉末（一般小于20μm）按一定的比例与预设粘结剂，制成具有流变特性的喂料，通过注射机注入模具型腔成型出零件毛坯，毛坯件经过脱除粘结剂和高温烧结后，即可得到各种金属零部件。 MIM工艺主要技术特点： 1、适合各种粉末材料的成形，产品应用十分广泛； 2、原材料利用率高，生产自动化程度高，适合连续大批量生产。 3、能直接成形几何形状复杂的小型零件（0.03g～200g）； 4、零件尺寸精度高（±0.1%～±0.5%），表面光洁度好（粗糙度1～5μm）； 5、产品相对密度高（95～100%），组织均匀，性能优异； 用3D打印的方式，如何实现金属MIM的工艺？ 金属MIM 3D FFF打印则是将金属材料与粘结剂预先制成丝材（Filament），通过3D打印机直接打印成型为毛胚，再经过脱脂和烧结就可以等到金属产品。3D打印MIM技术结合了设计的灵活性和精密金属的高强度和整体性，是实现极度复杂几何部件的低成本解决方案，特别适合小批量的金属产品制造。 如果您在从事3D打印领域的工作，就会发现比起任何其他材料类，投资者更注重金属打印处理系统。然而，毋庸置疑的是，在全球材料市场上，聚合物（热塑性塑料和光聚合物）仍占3D打印领域材料销售市场的三分之二以上。与之呈现的问题是，“是什么推动了金属的激增？” 也许金属可能确实是推动工程系统投资的一种材料类别。例如飞机，石油和天然气，航空航天和汽车行业领域；也可能是被金属零件可以作为功能零件而不是用于原型制作的样品这一事实而吸引产生的兴趣。 但是，无论推动金属这一材料的因素是什么，就实际而言，3D打印金属这个过程是非常昂贵的。 3D打印加工所需的金属粉末价格很高，且因为激光加工是一种高能耗的过程，加工废料可占原料的80％，导致了在处理材料时会有健康安全和环境方面的问题。 Apium作为这个行业的领先者，它所研发的P220打印机能够处理工业应用中使用的高性能聚合物，旨在提供熔丝制造（FFF）3D打印技术和高性能聚合物的创新型工业解决方案。而在能够打印金属材料的同时，Apium3D打印机还能够打印PEEK材料及各种其他高性能材料。 熔丝制造（FFF）是替代粉末的一种低成本解决方案。 FFF 3D打印技术的关键优势之一是能够仅消耗制造/构建的零件所需的材料量。此外，用于FFF 3D打印的材料（通常为热塑性聚合物）比用于其他3D打印技术的材料都要便宜。 关键性能及特性 √ 低投入、高品质的金属3D打印解决方案 √ 完整的工艺（3D打印和烧结）解决方案 √ 金属塑料混合线材，金属含量 >80 wt% √ ApiumP220 的Customized 参数系统完美匹配线材 √ 来自于BASF的金属注射成型和材料工艺，相比SLM金属成型更优的技术成本优势 金属3D打印技术的应用领域 √ 高耐腐蚀性和韧性的非磁性金属零件 √ 食品和化学工业零部件 √ 医疗器械、手术工具 √ 轻量化空心件和填充件 √ 模具和模具嵌件表层冷却部分 √ 可小批量生产的零件、工具 Apium作为这个行业的领先者，它所研发的P220打印机能够处理工业应用中使用的高性能聚合物，旨在提供熔丝制造（FFF）3D打印技术和高性能聚合物的创新型工业解决方案。 目前市场上，Apium P220打印机的优势是非常明显的： 1、Apium P/M系列打印机是Made in Germany(Heidelberg), 性价比最优的工业级桌面打印机，不仅能以最优成本小批量3D成型金属件，还可用于金属及其他复合材料的开发。 2、ApiumP220还可高质量打印PEEK、PVDF，CFR-PEEK,POM-C及各种其他高性能材料。
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