一代装备 一代材料

金属基复合材料(MMCs)由于其高模量和强度、良好的耐磨损和耐腐蚀等优点，在各种先进工业中得到了广泛的应用。随着装备升级，增材制造(AM)技术作为一种制造MMC的方法引起人们的关注与应用。

与传统制造的MMC相比，AM生产的MMC表现出更均匀分布的增强和更精细的微观结构，从而产生类似甚至更好的机械性能。此外，AM技术可以生产出孔隙率极低的大块MMC，并可以制造几何形状复杂的MMC组件和MMC晶格结构。

德亿纬一直关注粘结剂喷射3D打印制备金属基复合材料发展，目前已与多个国家重点研究实验室合作，成功验证了多种金属基复合材料的粘结剂喷射增材制造应用，包括316渗铜、420渗铜、钨铜合金和钨渗Invar合金。此外，还对陶瓷基复合材料方面进行了实验，如碳化硼渗铝、碳化硅渗铝和石墨渗硅。

粘结剂喷射打印

BJ工艺将液体粘合剂按照软件剖分的二维轮廓进行喷墨打印，利用粘合剂的逐层沉积生成实物。BJ打印可以使用任何粉末原料(如金属、陶瓷、聚合物和复合材料)与粘合剂结合来生产组件，此外，BJ打印可以无保护气氛进行，与其他方法相比，它是一种具有成本效益和高速的增材制造工艺。

在BJ工艺中，没有热源排除了打印过程中原位反应的可能性，在大多数情况下，需要将增强材料预先整合到原料中。由于BJ工艺特性，预合金粉末更有利于制备性能优良的MMC。

MMCs增材制造

铝基复合材料（AMC）

AMCs表现出源自铝合金和增强体的特性，使AMCs能够表现出高比强度和刚度、低CTE和良好的耐磨性。因此，AMC已成为各种工业部门中常用的轻质材料。传统的AMC可以通过熔融加工或粉末冶金生产。尽管传统AMC具有很有前途的性能，但已观察到它们表现出一些局限性，包括不规则分布的增强体、基体和增强体之间的界面结合不足以及孔隙率高。最近，增材制造技术已被用于制造颗粒增强AMC，可以克服这些问题。与传统的AMC相比，AMC生产的AMC具有相对均匀的增强层分布、低孔隙率和清晰的基体-增强界面。AMC中最常用的增强材料包括SiC、TiC、AlN、BN、Si3N4、Al2 O3、ZrO2和TiO2。

钛基复合材料 （TMC）

TMC是由钛合金加入增强材料制成的复合材料。TMC 以其高硬度、强度和耐高温性而闻名。它们可能在航空航天、化学工程、外科植入和海洋应用中用作钛合金的替代品。使用传统方法生产的 TMC 可分为连续增强 TMC 或不连续增强 TMC。然而，碳纤维和碳化硅纤维等连续增强材料容易受到激光和电子束等热源的破坏。因此，增材制造产生的TMCs主要是不连续的增强TMCs，如粒子增强TMCs。高模量和高强度碳化物、硅化物、氧化物和硼化物，如TiC、SiC、Y2 O3、TiB、TiN和Ti5 Si3，通常用作TMCs的增强剂。

镍基复合材料（NMCs）

Ni 和 Ni 合金广泛用于涡轮机和石化厂，用镍基体制造硬增强材料，在高温结构材料中非常有前景。许多镍合金通过增材制造方法成功生产，如Inconel 625 、Inconel 718 和Ni基高温合金。因此，利用AM方法制备NMCs引起了研究人员的极大兴趣。PBF和DED方法都可以制备NMCs。各种增强材料，如CNT 、TiC 、WC 和SiC，已通过外加成或原位合成用于增材制造的NMCs  。

铁基复合材料 （IMC）

IMCs具有高强度、刚度、模量、耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀性，因此在现代工业中得到了广泛的认可。采用传统技术生产的IMCs（如渗透铸造和粉末冶金）通常具有较差的基体与增强材料之间的润湿性，导致残余应力大、密度低、强度差、易裂纹性高、机械性能降低。在利用增材制造技术解决这些问题方面，已经做出了重大努力。

其他

粘结剂喷射3D打印技术还可以开发其他MMC、铜材料复合材料和钴基复合材料。在铜基体组合上也可以找到许多报告。近几十年来，铜基复合材料因其良好的机械性能和高导电/导热性而受到广泛关注，使其成为电子学中轻质宏观导体的理想选择。

总结

未来，增材制造MMCs的两个重要研究方向应得到高度重视。一是优化增材制造技术的成本。另一个是增材制造生产的MMC的潜在应用。通过增材制造MMCs的经济性往往超过常规方法。

结合增材制造技术的优点，如设计自由度、材料节省、拓扑优化设计、快速原型制作、定制生产和减少装配，以及MMC的优点，如提高强度和刚度、减轻部件重量、提高耐磨性和耐腐蚀性、提高热性能和提高疲劳寿命，增材制造生产的MMC在许多工业部门具有相当大的应用前景。

增材制造技术已成功制造了高性能MMC，如Ti、Al、Fe和Ni基MMC。与纯金属基体相比，在MMC中加入增强材料可以改善其微观结构并防止裂纹的产生和扩展，从而提高机械性能。增材制造过程中的快速冷却速率进一步完善了MMC的微观结构。因此，由此产生的增材制造生产的MMC既具有增材制造技术的优势，又具有增强材料的优势。