面向增材制造优化的四款定制材料：Scalmalloy、NewGen SLM、高强铝合金与超刚性塑料微结构

随增材制造持续发展，企业和研究者开发出各种子技术、插件和打印优化手段。但优化材料本身也是实现优化对象的重要途径。这催生出多种专为3D打印设计的材料，通过精准控制展现理想性能。

部分材料专为3D打印设计或与之深度结合，赋予技术新颖特性。以下是最具前景的材料：

Scalmalloy

图片来源：Beamler

Scalmalloy号称首个专为3D打印开发的原创材料，由钪(Sc)、铝(Al)、镁(Mg)融合成单一合金。原由空客子公司APWorks开发并专利。作为金属打印材料，呈现独特特性如增强强度（主要得益于钪）。

强度上可超越传统铝及其衍生合金。甚至在轻量化和耐腐蚀前提下强于钛。当然因含稀有且提炼昂贵的钪，材料成本高。钪价在4000-20000美元/公斤波动，主产地在中国和俄罗斯。

Scalmalloy最适合高耐久长寿命零件。故在汽车和机器人领域流行，常用于热交换器。顾名思义，在其起源行业——航空航天——也扮演关键角色。

图片来源：TU Graz

此金属源自奥地利TU Graz，将氮化硅混入开发金属增材制造专用不锈钢。称NewGen SLM材料，在成形过程中反应更可控，改善表面光洁度、减少支撑需求。316L不锈钢是全球多行业最常用材料，NewGen版本专为选择性激光熔融打印呈现改进特性。

研究者测试多种改性不锈钢配方。通过测试其他材料力学性能和孔隙率，得出结论：通过严格控制其中氮化硅和硼化物，可减少烧结变形。发表于学术文章《Si3N4添加改善AISI 316L+B烧结体尺寸稳定性和力学性能》。

硼化物增加烧结密度，但在铁基材料中不易融合，导致颗粒周围形成非期望层。氮化硅缓解此因素，带来更好表面光洁度。研究者不仅为更好力学和终端性能改性金属粉末，还使NewGen SLM材料需更少支撑结构。因此改性不锈钢比传统金属打印更轻。

目前研究者仍在商业化该材料。也在增强研究测试其他可能同类受益材料。工作获关注，正与衍生奖学金项目合作建立正式初创公司。

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由HRL实验室发明，这款特定铝合金近期商业化并获铝协会注册。增材制造高强度铝合金也是铝协会首次注册此类合金，铝粉获注册号7A77.50，打印合金获7A77.60L。

该材料特殊之处在于标志着铝协会2019年2月新增材合金注册体系启动。这是增材制造能力催生各类新材料的直接结果。这是首个可打印的此类合金。

化学上，合金用HRL纳米颗粒功能化技术开发。使用氧化锆基纳米颗粒，但该材料生产模式真正优势在于可应用于多种常被视为不可打印的其他金属和合金。因此HRL也在探索将更多新材料引入3D打印世界的途径。

图片来源：ETH Zurich/MIT

新材料排列不总是发现新材料或改变化学成分使其可打印。有时利用现有材料的新排列方式能创造非凡成果。如各种材料结构通过微观结构安排产生激动人心结果。

MIT和ETH Zurich联合项目为例。研究者通过纳米级重排塑料构造，创造出最高刚重比材料。材料极其刚性，同时以相对低重量平衡刚性。本质上开发出物理理论极限允许的最刚性材料，仅通过微调微观结构排列。利用复杂桁架、箍、拱图案，最大化强度和耐久性。

这种刚重比对高强度医疗植入体、飞机和赛车至关重要。如前所述，核心不在于材料本身，而在微观结构构造。利用晶体材料中硬化机制开发稳健耐损材料，他们创造了减材制造无法实现的可打印材料。

谢菲尔德大学和帝国理工研究者研究打印中新颖微观结构改善耐久性，希望创建合金打印新方式。他们在晶体学超材料应用中用计算机原子建模创造前所未见结构。这些晶体结构无晶界、连续未断，赋予成品更好损伤容限、强度和韧性。

此类材料具节点支柱周期性排列，轻量化同时展现常规固体不具备的性能组合。通过采用晶体材料硬化机制开发稳健耐损材料，他们创造了减材制造不可能实现的可打印材料。

类似理念渗透4D打印领域：微观结构精妙平衡将普通材料变为机器人或功能件。3D打印常提供这种调整微观细节直到服务设计目的的能力，鼓励在制造和研究世界创造新形式。

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