2026年2月6日，Elementum 3D公司通过在打印过程中合成陶瓷增强相，实现了6061和2024两种传统高强度铝合金的激光粉末床熔融（LPBF）增材制造。Elementum 3D采用的反应式增材制造（RAM）技术，将产热材料混合到原料中，从而在激光照射区域内生成微小的陶瓷颗粒。这些颗粒作为强效的形核剂，能够将凝固晶粒从柱状晶转变为细小的等轴晶，并减少热裂纹，而热裂纹的存在通常会破坏2024和6061等铝合金在熔融加工过程中的性能。
Elementum
3D描述了一种利用能量平衡方法来控制这些反应规模的方法，使用了来自美国国家标准与技术研究院 (NIST) 和 JANNAF
数据集的表格化热容、生成热和潜热数据。通过调整反应热和基体用量，RAM
旨在减少从熔点较低的前驱体中制备陶瓷材料所需的激光能量。最终得到的金属基复合材料具有近乎完美的密度和均匀的微观结构，这在基于熔融的陶瓷材料中非常罕见。
Elementum 3D 使用 EOSM290 系统制造了添加2vol%陶瓷的 2024 和 6061 铝合金版本，并表示这些版本打印效果良好，且热处理性能与普通铝合金相当。在添加10 vol% 陶瓷的测试中，2024 样品展现出极高的强度和耐久性，断裂点未出现未添加陶瓷的样品中常见的裂纹。这种材料的微观结构中混合了两种不同尺寸的陶瓷颗粒，尺寸分别为约 200–800 纳米和 5–20 微米，这有助于解释优异的力学性能。
沉积效率也被认为是一项优势。据报道，在同一EOS平台上，三种RAM材料的沉积速率均超过了AlSi10Mg，其中A6061-RAM2的吞吐量更是翻了一番以上。虽然没有提供具体的层速率或体积构建速率数据，也没有提供参数集，但公司表示，沉积速率的提高意味着零件成本的降低。
在航空航天领域的应用
应用实例表明，这些材料近期有望应用于航空航天领域。经Ball
Aerospace公司许可，Elementum
3D重点展示了阳极氧化处理的A6061-RAM2晶格镜坯和铬酸盐涂层航天器支架。基于2024铝合金的活塞头和基于6061铝合金的定子叶片则展示了陶瓷增强基体材料所具备的薄壁特性、内部冷却通道以及优异的高温耐磨性和抗疲劳性能。
一些关键技术细节仍需记录。材料描述中提及了锻造合金的常用加工方法，但并未提供关于热处理方案、强度测量、疲劳数据或导热系数的完整信息。构建参数范围、孔隙率统计数据和量化沉积速率将有助于进一步阐明RAM改性2024和6061铝合金在生产中可替代传统AlSi10Mg或锻造坯料的适用范围，以及随着陶瓷体积分数的增加，强度-延展性之间的权衡关系如何变化。
来源：南极熊
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