目前在鋁合金3D打印領域，可用的材料非常有限，主流的材料可能就是AlSi10Mg、AlSi7Mg一些鋁硅系的合金材料。但是高強度的合金材料基本上很少得到應用。這幾年，高強鋁的呼聲一直很高，不管是航空航天，還是其它一些高附加值的領域。
鋁合金3D打印粉末已經成為金屬3D打印的一種主流材料，但可用的材料體系或種類非常有限，主要集中在AlSi10Mg材質，AlSi7Mg少量有一些。傳統(tǒng)變形系牌號（如2024、6061、7075等）的鋁合金材料并不能直接用于3D打印領域，造成了鋁合金材料的種類非常有限。航空航天等一些對高強度有要求的應用場合，非常期待能夠有一種高強度的材料。
鋁，特殊的優(yōu)勢是比較輕質，耐腐蝕性能好，不需要去做一些表面的涂層等等。在3D打印領域可用的主要是AlSi10Mg，強度非常有限。EOS-AlSi10Mg技術指標書 T6處理態(tài)，屈服強度才250 MPa。
航空航天領域常用的像7075牌號的鋁合金，它的屈服強度標準都是在480 Mpa以上，延伸率也有7%。所以，傳統(tǒng)的AlSi10Mg材質并不能夠滿足高強度的應用場合，在這種背景下，我們需要去開發(fā)高強度的鋁合金。

經過3D打印工藝，材料的屈服≥450 MPa，延伸率≥6%，我們稱為高強鋁。高強鋁對標傳統(tǒng)的一些硬鋁牌號，比如7075，7075的材料性能屈服是在480 MPa以上。3D打印工藝，也需要類似于7075材質的材料。大部分高強鋁打印出來的屈服強度基本上在480MPa以上，但是AlSi10Mg、AlSi7Mg材質做退火處理強度才200Mpa多，高強鋁打印出來的強度是AlSi10Mg的兩倍多。

鈦合金的強度很高，標準屈服強度是945MPa，跟鈦合金相比，高強鋁的強度只有接近鈦合金的二分之一。我們都知道鈦合金的密度大概在4.5左右，而鋁合金的密度大概在2.7，它的密度只有鈦合金的60%，在強度能夠滿足的情況下，鈦合金采用高強鋁替代能夠帶來40%的減重。
當然還要考慮價格的因素，當前高強鋁的價格可能比鈦合金（TC4材質）相當或者略高，如果考慮它的減重帶來的巨大收益，采用高強鋁還是很有優(yōu)勢的。跟常規(guī)AlSi10Mg比優(yōu)勢也非常明顯，它的強度是后者的近兩倍，能夠滿足更高強度的應用場合。如果來替代AlSi10Mg，它能夠去發(fā)揮強度上的結構潛力。目前高強鋁的挑戰(zhàn)在于價格，大概是AlSi10Mg的4~5倍。當前的高強鋁著重用在一些需要減重且高附加值的場合，也有一些案例在逐步替代鈦合金。
按鋁合金的牌號來講，傳統(tǒng)鋁合金的牌號是從1~7系鋁合金，也有一些其他體系的牌號。1系鋁是純鋁，2系鋁是鋁銅合金，3系鋁是鋁錳合金，4系鋁是鋁硅合金， 5系鋁是鋁鎂合金，6系鋁是鋁硅鎂，7系是鋁鋅鎂銅。針對這幾個不同的材料體系，市面上也有不同的單位去開發(fā)了一些相應的成分。
鋁銅系的主要有兩家公司，一家是英國的Aeromet International，早在2016-2017期間開發(fā)了鋁銅的牌號，最早是A20X系列用在鑄造的牌號。由于金屬3D打印技術的興起，這家公司針對金屬3D打印的用粉專門推出了AM205，它的強度屈服能夠穩(wěn)定在440，延伸13%，市場拓展比較好，主要跟一些原始設備制造商合作，此牌號也進入到了F1賽車可選用的材料體系當中。

另一家EOS公司去年推出了AM2139，主要成分體系含了鋁銅還含了一部分的銀。它的性能屈服也是能夠達到460 ，抗拉520，延伸4%，官方網站上能看到AM2139具體的性能。EOS既然能把AM2139放入產品系列，說明這個材料體系已經是經過了充分的認證。

鋁錳合金目前主要是由蘇州倍豐吳院士團隊推出的Al250C，基于鋁錳的合金體系，也加入了鈧和鋯的一些成分。他們去測試了鋁錳體系在航空發(fā)動機領域上一些高溫的場合，經過高溫測試，發(fā)現它的高溫性能很好。
鋁硅體系是在AlSi10Mg的基礎上做一些改進或改善，由上海交通大學王教授推出的二硼化鈦納米增強AlSi10Mg體系，核心技術是采用原位自身的方式來制備二硼化鈦增強AlSi10M錠，再把錠制成粉末。推廣做得很好，包括跟商飛在做一些應用的推廣，打印出來的大件性能也能達到抗拉530，有的情況下它的強度更高，取決于不同材料的成分和工藝。
鋁鎂合金實際上是通過加入鈧和鋯的強化來實現高強，有很多公司也是基于鋁鎂鈧鋯體系來開發(fā)相應的產品，比如空客推出的Scalmalloy。鋁鎂鈧鋯體系最早也是航空的一種材料，早期的牌號也是基于鋁鎂鈧鋯體系用于航空的板材，俄羅斯方面做了很多這方面的開發(fā)工作?？湛痛蟾旁?010年左右開始做鋁鎂鈧鋯體系用于增材領域，大概在2014-2016年期間成功開發(fā)了Scalmalloy，他們做了很多的測試工作，包括Scalmalloy的力學性能，物理性能以及化學性能等，性能能夠穩(wěn)定在屈服強度480 MPa。

國內針對這個體系也做了很多的開發(fā)工作，像長沙院推出的HAlSc，屈服強度也是能夠穩(wěn)定在510以上，延伸率在12%以上。繼長沙院之后，中車研究院也推出了CRRC-HAP-1，它的性能能夠穩(wěn)定達到屈服500，抗拉560，延伸10%。這些數據均來自于相關的報告，結果可能會有一些出入，因各家公司也在不斷地更新和完善自己的產品。寶航新材料也推出了HS5501高強鋁，測試的屈服強度穩(wěn)定在520，抗拉540，延伸12%以上。此外，鋁鎂合金的開發(fā)，像西工大、中南大學也做了很多鋁鎂鈧鋯體系的一些研究。

鋁鋅合金在高強鋁最早有迫切需求的時候，HRL實驗室推出了7A77.60L，它大概的原理就是在其傳統(tǒng)的7系合金基礎上，對它的粉末進行一個納米的修飾，能夠改善它的打印性能。有報道說他們的強度能夠超過600 Mpa。他們突出的工作就是把這種材料命名了一個新的牌號，而且這個牌號已經通過了美國鋁業(yè)協會的認定，HRL實驗室也在推廣新牌號在一些領域的應用。鋁鋅合金國內也有一些公司在做開發(fā)，主要也是基于納米來修飾能夠改善它的打印性。
從可購買性來看這幾種材料， 2系的鋁銅，英國公司的AM205，在國內推廣比較少見，不確定有一些國外的進口代理商能不能拿到他們的產品，能拿到產品的可能性較低。EOS公司的AM2139 ，應該能夠拿到粉末產品，因推出時間不長，不確定在中國有沒有這種粉末在銷售。鋁錳體系的通過倍豐公司應該可以拿到粉末，但不確定他們是單獨來出售，還是要來打印這種零件，這個需要確定。鋁鎂鈧鋯體系可獲得性非常方便，空客的Scalmalloy國內有代理商在賣。像長沙院的HAlSc，中車研究院的CRRC-HAP-1以及寶航的HS5501合金粉末都是可以獲得的。HRL實驗室的7A77.60L國內好像沒有成熟的渠道能夠拿到。
2017年Smar Tech Publishing 報告顯示，新一代的 AM 專用合金（如 Scalmalloy ）將成為 AM 中需求量最大的鋁合金類型，引領生產應用。高強鋁以輕質高強的性能優(yōu)勢在航空、航天、汽車、散熱器等領域不斷擴展應用。
在航空場合，空客在2015年率先推出利用Scalmalloy去打印機艙的座椅結構，它突出的優(yōu)勢就是強度能夠滿足要求，同時也很輕質，能夠幫助飛機實現瘦身。這個材質的應用或者案例有沒有在A30客機上實現批產還有待確定。

國內在航天領域也有一些案例，據航天增材云網報道，貴州天馬公司做了一個機器人手臂的零件，采用高強鋁突破了高強鋁合金打印成形困難，工藝窗口窄易出現氣孔和組織缺陷的問題，它的性能通過熱處理后屈服能夠達到≥500。

APWORKS是空客專門做增材領域的子公司，自從推出了Scalmalloy牌號就不斷在拓展材料在一些領域的應用。在汽車這一塊，APWORKS與布加迪合作做出了汽車排氣尾管，也是利用這種高強度，一定的耐熱性能來實現汽車部件的減重。利用空氣動力學配置，產生更大的壓力，能夠增加車輛的敏捷性和動態(tài)性能。

此外，空客還推出了新概念，輕量化電動摩托車”輕騎手“。它是基于增材制造技術，加上Scalmalloy高強度的鋁合金試圖進入電動摩托車領域。當時限量發(fā)售是50臺，單臺車價格是37萬。我們可以看到，高強鋁在高附加值的一些應用場合，它的輕便和特性是一種創(chuàng)新的業(yè)態(tài)模式。
賽車是一個追求高性能、高表現的領域，他們也會非常熱衷去應用一些新技術，實現更高的性能。像Scalmalloy通過了F1賽車的認證，他們團隊去打印了賽車的翼子板。除了 Scalmalloy，AM205也通過了F1的認證，能夠去打印一些賽車定制化的零件。還有散熱器，也是結合高強鋁的高強度和輕質的特性。

由nTopology設計、Morf3D打印的7A77鋁合金回旋結構熱交換器，利用7A77鋁合金的固有熱導率，HRL及其合作伙伴為航空航天用戶開發(fā)了一項經過專門設計的機油冷卻器。在這種設計中，合金的高強度滿足了關鍵的爆破壓力要求，同時能以與常規(guī)AlSiMg合金相比更薄的壁厚實現更好的換熱效果。7A77鋁合金的高屈服強度使熱交換器設計人員將交換器的壁厚減少了50％，有效地提高了傳熱性能，這是在航天航空散熱器上的應用。國內在軌交領域也做了一些案例，像減震器、散熱板，包括一些拓撲優(yōu)化的結構，但目前的應用主要是在一些試驗件上，還沒有進行到真正的量產或應用的階段。

主流的高強鋁材料技術程度，國外設置了9級，從TRL1-TRL9級，國內也做了新材料技術程度的等級，從1級到9級。其中1~3級是實驗室階段，4~6級是工程化階段， 7~9級是產業(yè)化階段。目前市場上出現從2系到7系的高強鋁，各家在推出材料產品的時候，作為用戶可以去了解一下他們材料的成熟度等級，如果材料成熟度等級相對夠高，實際上是更值得去用，由于材料體系的缺乏沒有標準去評判它，這是一個挑戰(zhàn)。
5系的鋁鎂鈧鋯合金成熟度要靠前一點，得益于空客的創(chuàng)新。5系鋁鎂合金加入了大量的Sc元素，Sc是一種稀土元素，價格非常高。地球上的Sc含量并沒有那么稀少，但是Sc的材質從稀土鈧 提取需要很大的努力。高強鋁的價格，由于Sc原材料價格高，導致粉末價格也很高，阻礙了30打印的規(guī)模應用。
打印工藝和性能需要更多摸索，高鎂含量的高強鋁打印過程中會存在黑煙，黑煙對于打印材料或零件，尤其在風場控制不好的情況下，它就會存留在材料內部產生影響，包括打印孔洞的一些缺陷。參數設置不合理，孔洞的缺陷會比較大。通過參數的一些優(yōu)化能夠改善這一情況，想完全消除孔洞可能不太現實。在工藝參數設置不合理的情況下還會發(fā)生很大的翹曲，包括打印表面球化現象，在材料的測試和工藝上需要做很多的工作。
相比前幾年，高強鋁的市場機會還是很大的。如果你看好這個機會，前期必須做一些相關的投資和布局，需要多嘗試以這樣的心態(tài)去面對它，一旦市場上真正有批量需求的時候，前期做好了準備才能夠很好地應對。