2026年4月21日，来自俄罗斯科学院斯科尔科沃科技学院（隶属于俄罗斯联邦经济合作与发展组织VEB.RF）及其在俄罗斯和印度的合作机构的研究人员，将目光投向了增材制造领域最受关注的材料前沿之一：铜合金。他们的研究表明，通过精心调整工艺参数，激光粉末床熔融技术可以生产出性能与传统制造方法生产的零件相当，甚至在某些情况下更胜一筹的铝青铜部件。相关研究结果以题为“Laser powder bed fusion of aluminiumbronze:
Processing and thermal, electrical and mechanical
characterization”的论文发表在《材料表征》（Materials Characterization）上。
这项成果为打印具有复杂几何形状的热交换器、电力电子外壳和冷却组件开辟了一条可靠的途径，在这些部件中，热性能和结构完整性都是不容妥协的。
为什么铜合金难以打印
铝青铜（Cu-9.5Al-1Fe）处于一种有趣的中间状态：它的导热性优于钢或钛，并且比纯铜更适合增材制造，但可靠的打印性能仍然难以保证。问题的根源在于材料的物理特性：高反射率会偏转激光能量，而快速散热的特性又使得难以实现均匀熔化。通过系统地改变激光功率（90 至 150 W）和扫描速度（100 至 600 mm/s），研究团队绘制了能量密度在 125 至 938 J/mm³ 宽广范围内的变化图。研究发现两种截然不同的缺陷模式：在较低的能量输入下，熔化不足导致未熔合孔隙；而过高的能量密度则诱发小孔不稳定性，熔池坍塌会将气体困在表面下方。无论采用何种参数组合，总孔隙率始终稳定在 5% 左右。
强度与导电性兼备
尽管存在残余孔隙，但打印样品的力学性能却超出了预期。抗拉强度达到 748 MPa，延伸率达到 16.2%，这些数据表明该材料的性能与镍铝青铜相当，而镍铝青铜通常用于要求严苛的工业应用，很少用于增材制造工艺。材料中心副教授、论文合著者斯坦尼斯拉夫·埃夫拉申（Stanislav
Evlashin）分享道：“我们证明，即使使用激光功率有限的设备，也能获得接近工业镍铝青铜的机械性能。关键因素不仅在于增加能量输入，还在于理解不同类型缺陷之间转变的机制。这使我们能够在选择打印参数阶段预测材料性能。”
△△Insstek MX-1000。图片来自 Skoltech。
相组成分析同样揭示了诸多重要信息。激光熔化固有的极高冷却速率（高达 10⁷ K/s）使得结晶过程远离平衡态，从而产生了传统工艺制备的铝青铜中不存在的相：Al₃Fe 纳米颗粒。至关重要的是，研究发现更高的能量密度会抑制对硬度和强度贡献最大的相的含量，但这种权衡会对导电性和导热性产生影响。
论文第一作者、斯科尔科沃科技学院数学与力学专业的博士生阿纳斯塔西娅·菲利波娃解释道：“我们运用一系列方法——从使用各种显微镜技术进行微观结构分析到测量物理和力学特性——建立了位错密度、热导率和电导率之间的直接关联。结果表明，随着能量输入的增加，位错密度降低，铝在结构内部发生重新分布。这导致热导率提高，而力学性能没有明显下降。同时，孔隙率的影响很小。”研究人员采用两种独立的方法进行测试：PPMS 和激光闪光分析，在 5 至 575 K 的超宽温度范围内测量了热导率。高能量密度处理的样品在室温下的热导率达到 47 W/(m·K)，与铸造材料相当，但强度却显著更高。
铜合金是工业增材制造的下一个战场
增材制造行业长期以来能够自信地打印钛、不锈钢和镍基高温合金，但像铜这样的高导电材料却始终难以达到生产应用的标准。斯科尔科沃科技学院对铝青铜的研究直面这一难题，贡献了工艺层面的知识，使这种材料从实验性的研究对象转变为功能部件的可靠候选材料。业内各方正从多个角度应对这一挑战。在2025年亚洲TCT 展会上，国产厂商易加三维（Eplus3D）展示了采用红激光技术制造的米级铜合金零件，直接突破了长期以来阻碍铜材激光加工的高反射率和高导热性难题。
△来自 Eplus3D 的铜合金零件。图片来源：Eplus3D
在材料供应方面，惠普和GKN粉末冶金公司正在共同扩大铜基材料在热管理和电气化组件方面的应用，预计未来五年将为终端用户带来显著的效率提升。对更多材料进行工业级打印认证的压力是结构性的，而非偶然的。聚合物和金属合金的进步正在扩大增材制造在医疗保健、航空航天和能源等领域的应用，在这些领域，材料性能至关重要。斯科尔科沃科技学院的研究成果直接推动了这一发展趋势：他们建立了一个可复制的铝青铜零件框架，兼顾热性能和机械强度，而这在以往是必须权衡取舍的。
来源：南极熊
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