2026年8月6日，Elmet 集团的子公司Elmet Technologies正在加快引进3D Systems 公司的 DMP Flex350-3金属 3D 打印设备，用于生产高超音速飞行器的热交换器。3D Systems 公司声称，Elmet所装设备预计将于 2026 年完成系统认证并开始生产。此次部署是 Elmet 和 3DSystems 应用创新集团 (AIG) 历经八年联合研发的成果，双方致力于构建C103合金的打印参数。这种由铌、铪和钛组成的合金专为极端高温航空航天应用而设计，但在激光粉末床熔融 (LPBF) 系统中加工它需要对氧气含量进行异常严格的控制。
3D Systems航空航天与国防副总裁Mike
Shepard表示：“与Elmet的此次合作是利用金属增材制造技术在航空航天设计和生产领域创造新优势的杰出范例。我们DMP系列金属增材制造设备的低氧结构非常适合制造由高活性金属（如C103和其他难熔合金）制成的复杂部件。”
△3DSystems DMP Flex 350 三层金属 3D 打印机。照片由 Michael Petch 拍摄。
氧含量控制的重要性
Flex350-3打印机可将氧气含量维持在 25 ppm 以下，典型值介于 0 至 6 ppm 之间。相比之下，环境空气中氧气含量约为 210,000 ppm。如此低的氧气含量使得粉末可以在多次打印过程中重复使用，而不会降低材料性能，这对于使用昂贵的耐火合金时降低单个零件的成本至关重要。这种粉末重复利用能力在Elmet公司所瞄准的规模上显得尤为重要。Flex350-3打印机采用三台激光器，打印尺寸为350 x 350 x 350毫米，Elmet计划将用于打印大型整体式热交换器。钎焊是换热器制造的另一种传统方法，它需要先制造各个部件，然后进行对准、填充金属，最后将整个组件放入炉中进行钎焊。
利用单个数字文件进行3D打印，省去了中间步骤以及由此产生的连接点，这些连接点在极端热循环条件下可能是潜在的失效点。金属3D打印工艺还能实现传统制造工艺难以达到的薄壁和高表面积体积比，并且无需针对特定零件定制模具。自行生产这些部件也有助于解决供应链集中度问题。像C103这样的耐火金属通常只经过少数供应商和加工商，而Elmet公司正将增材制造定位为降低这种集中度的一种途径。Elmet将此描述为美国国防工业基地的本地化生产能力。
△图中所示为3D打印金属换热器，内部管路几何结构由一个整体部件制成。图片来自3D Systems公司
构建可靠的C103生产工作流程
Elmet并非唯一一家致力于将C103铌粉应用于增材制造的公司。据报道，去年，Velo3D公司正在推进Amaero公司生产的C103铌粉在Sapphire 3D打印机上的认证工作。此前，奥本大学国家增材制造卓越中心（NCAME）已确认，C103粉末在经过2200°F（1200°C）的热处理后符合ASTMF3635 B级标准。 这项鉴定工作表明，为 C103 建立可靠的生产工作流程仍然是整个行业的挑战，而不是某个公司特有的挑战。
△C103合金粉末。图片来自 Amaero。
C103粉末的成本有助于解释为什么工艺控制和粉末重复利用对于实现耐火金属3D打印的经济可行性至关重要。NCAME报告称，他们正在使用与Amaero合作开发的高通量测试方法对C103进行评估，并指出粉末的成本高达每公斤4000美元。在这个价位上，任何能够减少粉末浪费或缩短测试周期的工艺都会直接影响生产成本。NCAME的方法旨在几周内生成工艺-结构-性能数据，而外包的多实验室评估可能需要数月甚至数年。
对于单一材料-机器组合而言，八年的研发周期确实很长，但耐火合金的研发却必须如此。C103 对氧气敏感、价格昂贵且供应商有限，而要使打印工艺获得航空航天生产认证，则需要建立一套既满足内部标准又符合机构认证要求的数据体系。Elmet 提出的在 2026 年投入生产的目标表明在长达八年的研发过程中，大部分资格认证基础工作已经完成。
来源：南极熊
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