理大科学家与澳大利亚墨尔本皇家理工大学、雪梨大学合作，成功利用3D打印技术研发高强度、高塑性的新型钛合金，为钛合金工业生产过程中长期面对的品质性能和废料处理问题提供了有效解决方案。相关研究成果已发表于国际科学期刊《自然》(Nature)。

理大工业及系统工程学系讲座教授(制造工程)陈镜昌教授(右)、助理教授陈子斌博士(左)利用先进的3D打印制造技术，促进了全面且可持续的新型材料设计策略的发展，显著提高了3D打印技术适用性的潜力。

钛合金是一种先进的轻量化结构材料，可应用于各种关键场景。研究团队的创新发现开拓了3D打印制造钛合金及其他金属物料的潜在应用，有望在降低制造成本、提高物料性能的同时，积极推动可持续发展的循环经济模式。

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氧和铁是两种储量丰富、价格合理的元素，而且可以分别使α和β两相钛合金稳定和变强。研究团队利用3D打印技术，成功生产了一种结合了氧和铁的新型钛合金“α–β Ti-O-Fe合金”——与自1954年发明以来便被广泛使用的基准材料“Ti-6AI-4V钛合金”相比，这种新型的钛合金在机械性能方面更胜一筹，除了具有良好的延展性，强度也更高。不仅如此，它还拥有巨大的应用潜力，可在航空航天、海洋工程、消费电子和生物医疗设备等领域发挥作用。

传统来说，钛合金可以通过能源密集型的“Kroll”工艺生产，但生产过程中会不可避免地产出约10％的劣质“海绵钛”(sponge titanium)。由于劣质废料本身含有很多氧和铁，因此会造成大量浪费、提高生产成本。有鉴于此，研究团队提出了利用3D打印技术制造钛合金的新方案，可以回收劣质废料，并将其转化为原材料粉末后再投入生产。此外，这种新的合金设计以“低合金化”和“素化”为基础思路，可将合金元素降至最低——目前，主流使用的“Ti-6Al-4V”中含有10%的合金元素，其包含的“钒”毒性较大；而研究团队的低合金化与素化理念能为此带来改变，并为实现可持续发展带来积极的推动作用。

研究报告的主要作者之一、理大首届“青年创新研究者奖”获奖者、理大工业及系统工程学系助理教授陈子斌博士表示：

“本次研究使金属合金制造业产生的超过10％的废弃物得以回收，能大幅降低工业材料和能源成本，并有助减少碳足迹，为环境的可持续发展做出贡献。”

陈子斌博士认为，利用3D打印技术开展的研发能为环境的可持续发展做出贡献。

该项研究结合合金设计、计算模拟和实验表征等方法，探索新型“Ti-O-Fe”钛合金的3D打印制造流程、微结构和性能。现代3D打印技术能一步到位地制成复杂的功能性金属零件，在节约产品开发的时间和成本之余还突破了传统方法的限制，能够制造出结构和成分特殊的金属零件。而在质量方面，3D打印制造法能调整金属合金的微结构，不仅使其强度更高、塑性更好、耐腐蚀性更优秀，还能制造出价廉、坚固且内部结构复杂的金属零件。本次研究突破地为3D打印制造法提供了全面的、可持续的材料设计策略，开拓了更广阔的应用前景。

理大工业及系统工程学系讲座教授(制造工程)陈镜昌教授(右)、助理教授陈子斌博士(左)发现3D打印技术能够在氧元素的协作下制造出高性能金属零件，提出了突破传统工艺局限的创新方案。

作为本次研究的合著者，理大工业及系统工程学系讲座教授(制造工程)陈镜昌教授认为：

“这项研究可以作为其他金属合金制造法的模型或基准，利用3D打印技术来提高性能、创造更多可能性。3D打印金属是新兴领域，相信未来将在材料制造领域中越来越盛行。”