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2026/05/06 新一代鋁合金問世,3D金屬列印強度暴增70%

倫敦大學學院與布魯內爾大學研發出新型3D列印鋁合金「PA1」,其強度、穩定性與可列印性都比現有材料更優秀。此突破將顯著提升航太、汽車及生醫領域的輕量化、高強度的製造水準。


為什麼傳統鋁合金不適合3D列印?
目前大多數
金屬材料,是為傳統鑄造與加工而設計,冷卻速度較慢;但在3D列印製程中,例如Directed Energy Deposition(DED),金屬會在極短時間內快速冷卻。這種差異會導致:
  • 結構不穩定
  • 容易產生裂紋
  • 強度無法達標

目前常用的鋁合金(如AlSi10Mg)雖然穩定,但強度有限,無法滿足高階產業需求。


專為3D列印設計的鋁合金
研究團隊選擇「重新設計材料」,而非改良既有合金。新材料PA1結合鋁、鎳、鈰、錳與鐵,各自發揮關鍵作用:
  • 鈰:改善流動性、抑制晶粒成長
  • 鎳與錳:提升熱穩定性
  • 鐵:微量控制,強化結構

這種設計讓材料在凝固時更均勻、快速,有效降低熱應力與裂紋產生。更關鍵的是,研究團隊透過同步技術(X光影像、紅外線與繞射分析),即時觀察材料在列印過程中的微觀變化,精準掌握結構形成的機制。


強度提升70%,大幅降低殘留應力
測試結果顯示,PA1表現顯著優於傳統材料:
  • 屈服強度提升約70%
  • 抗拉強度提升約50%
  • 材料密度超過99%
  • 殘留應力低於32MPa

低殘留應力代表減少變形、降低開裂風險、提升零件壽命,這對航太與高精密產業來說非常重要。


材料革命才是3D列印真正關鍵
長期以來,
3D金屬列印的瓶頸並非設備,而是「材料不匹配」。傳統合金無法適應極端製程條件,導致性能受限。這項研究顯示未來趨勢:
  • 材料需「為製程而生」
  • 合金設計需從微觀結構出發
  • 即時監測將成為標準技術

包括美國國家實驗室與MIT在內的研究,也正朝相同方向發展,可見這將是下一波製造革命的核心。

未來展望:從實驗室走向產業應用
雖然目前研究仍在小型樣品階段,且延展性略有下降,但其潛力已相當明確:
  • 航太輕量結構件
  • 汽車高強度零件
  • 醫療客製化植入物

隨著製程與材料持續最佳化,金屬3D列印將不再只是「可以製造」,而是真正邁向「高性能製造」。

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