瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa，empa.ch）领导的一个团队发现，在挤出打印 AA6061 铝材的脱脂工艺中省去溶剂步骤，可得到更致密的烧结件。通过将单步芯吸脱脂与更长的烧结保温时间相结合，研究人员使相对密度最高达到 97.9%。该研究于 2026 年 10 月 15 日发表在《增材制造进展》（Progress in Additive Manufacturing，Springer 期刊）上。
这项工作由 Elham Montakhab、Sebastian Dariusz Linchard-Syta、Amir Hadian 和 Frank Clemens 领导，合作作者来自克拉科夫 AGH 科技大学（agh.edu.pl）和瑞士西北应用科学与艺术大学（FHNW，fhnw.ch）。该成果的早期版本曾于 2026 年 5 月 12 日以预印本形式发布在 Research Square（researchsquare.com）上，因此 10 月意味着论文正式发表，而非结果的首次公开。
（图注：a 原始铝粉末的 XRD 分析，插图为 SEM 图像，显示球形形貌；b 合成空气气流下的 TG/DSC 分析。图片来源：Empa）
脱脂的 400 °C 温度上限
在材料挤出增材制造（MEX-AM）中，打印机沉积出 "生坯" 件，它由金属粉末和热塑性粘结剂构成，烧结前必须将粘结剂去除。粘结剂通常先用溶剂浴去除，再在空气中烧除。铝使这两个步骤都变得复杂，因为它容易氧化，而产生的表面氧化层会阻碍烧结。热分析显示，6061 粉末在约 400 °C 时开始氧化，低于粘结剂供应商推荐的约 500 °C 工艺程序。团队将气雾化 AA6061 以 60 vol.% 的比例与三种商用粘结剂混合：Budenheim 化学厂（Chemische Fabrik Budenheim）的 EnCeram、Kcmix3.3，以及 Krahn 公司（krahn.eu）的 EmbemouldCC。EmbemouldCC 在挤出过程中发生分离，因此被弃用。其余两种喂料被造粒后，在 Tumaker Voladora NX + 粒料螺杆式打印机上打印成 20 mm 圆片。
溶剂浴留下氧化外壳
按照供应商的说明，研究人员先进行溶剂脱脂，再在空气中于 350 °C 下热脱脂。这去除了至少 96% 的粘结剂，但烧结密度不佳。在水中浸泡的 EnCeram 件密度仅约 75%。水使粉末表面转变为氢氧化物，加热时又转化为氧化物，留下由未结合颗粒构成的多孔外层。用高纯丙酮处理的 Kcmix 件达到约 94%，但其边缘仍未能完全致密化。
团队随后取消了溶剂步骤，改为将打印件置于多孔氧化铝粉末床中，在空气中一次 24 小时的热处理期间，借助毛细作用将液态粘结剂吸出。在 350 °C 下，该工艺去除了 97% 以上的粘结剂，且无开裂、起泡或变形。将温度提高到 400 °C 则适得其反 —— 在单独测试中，铝粉末在该温度下保持 24 小时后因氧化增重约 0.25%，而在 400 °C 下芯吸脱脂的部件烧结后密度更低。
十小时保温将密度推高至 98%
在 350 °C 下芯吸脱脂、随后在 635 °C 氮气气氛中烧结 2 小时后，Kcmix 件密度达到 96.7%，EnCeram 件为 93.6%。将保温时间延长至 10 小时后，二者分别提高到 97.9% 和 96.8%，且从中心到边缘实现均匀致密化。作者指出，这些数值超过了已报道的大多数增材制造铝喂料。他们还表示，同样的喂料也可用于温压、挤出或注塑成型。
最佳结果仍需要 24 小时脱脂和 10 小时氮气气氛烧结。团队仅测定了密度和微观结构，并表示在方法走向工业应用之前，必须先评估力学性能。
（图注：a EnCeram-350-10、b Kcmix-350-10 的光学显微照片，以及 c 对应的几何测量结果 —— 在 635 °C 下烧结 10 小时样品的 x-y 轴与 z 轴收缩率和相对密度。图片来源：Empa）
烧结铝的漫漫长路
这支瑞士 - 波兰联合团队正以一种低设备门槛的思路，攻克金属增材制造难以烧结的铝合金。他们没有开发新型粘结剂或特种粉末，而是聚焦于打印与烧结炉之间的环节。目标是建立一条脱脂路线：在标准挤出设备上、于空气中运行，使用任何人都能买到的粘结剂。迄今为止，基于烧结的铝材研究进展大多来自粘结剂喷射工艺，且依赖于工程化粉末。Desktop Metal 与 Uniformity Labs 公司推出了一种适用于粘结剂喷射 3D 打印的可烧结铝材，两家公司称，在相近的热处理条件下，其屈服强度和抗拉强度均超过锻造态 6061。其卖点是无需常规的变通手段即可烧结，比如包覆颗粒、烧结助剂、含纳米颗粒的粘结剂，或额外添加铅、锡、镁等元素。ExOne 则在 2021 年 AMUG 大会上展示了一款与福特合作验证、密度可达 99% 的 6061 铝粘结剂喷射材料。此外，麦吉尔大学的测试表明，Equispheres 铝合金粉末无需压实即可烧结至 95% 以上的密度。
基于挤出工艺的铝材发展则慢得多。当 Markforged 在 2017 年 CES 展会上推出 Metal X 时，6061 和 7075 铝仅被列为测试版（beta）材料。Virtual Foundry 后来在其自有的 Aluminum 6061 Filamet 材料上测试了微波烧结方法，作为可能比烧结炉更快、更便宜的替代方案。即便如此，由于铝会与氧气反应，通常仍需要烧结碳气氛或受控气体。
粉末制造商已经证明，铝可以烧结至高密度。瑞士团队的这项成果提示，制约挤出路线发展的瓶颈可能在于脱脂步骤，而非合金本身。力学数据将决定这一判断是否成立。
来源：中国3D打印网编译文章！
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