导语：随着汽车行业对性能和环保要求的不断提升，轻量化设计已成为关键技术之一。3D打印技术，特别是多材料金属3D打印，为实现这一目标提供了全新的解决方案。

2025年1月3日，据资源库了解：日本东北大学材料科学研究所与新产业创生孵化中心的研究团队通过多材料金属PBF（激光粉末床熔化）技术取得了重大突破，成功开发出铝钢复合材料的3D打印工艺，为多金属材料在3D打印车架中的应用开辟了新的可能。

多材料金属PBF技术的创新突破

金属3D打印，特别是激光粉末床熔化（L-PBF）技术，已被广泛应用于高精度、高复杂度零部件的制造。与传统的制造工艺相比，L-PBF能通过逐层熔化金属粉末，精准地控制零部件的几何形状，并通过优化材料分配来提高零部件的性能。在这项技术中，材料的选择和结构的设计尤为关键，而多材料打印更是能够突破单一材料的局限，实现功能性和性能的最大化。

使用L-PBF在不同扫描速度下获得的钢/铝合金界面

东北大学的研究团队通过这一技术，成功实现了铝与钢等不同材料的结合，解决了金属间的界面问题。传统上，铝与钢由于两者的热膨胀系数和物理性质差异，容易在连接处形成脆性金属间化合物，从而影响结构强度。为了解决这一问题，研究团队采用了一种称为激光粉末床熔化（L-PBF）的工艺，这是金属3D打印领域的领先技术之一。该方法使用激光逐层选择性地熔化金属粉末，通过实验，团队发现，通过提高激光扫描速度，可以显著抑制如Al5Fe2和Al13Fe4等脆性化合物的形成。研究人员进一步确定，这种较高的扫描速度会引发一种叫做非平衡凝固的现象，从而减少溶质分配并防止在材料中形成弱点。最终，这种钢铝合金展现出强大的结合界面，成功实现了轻量化与耐用性并存。

铝钢复合材料的轻量化优势

铝和钢各有其独特的优势。铝是一种轻质金属，广泛用于汽车制造中，以其良好的强度重量比、优异的抗腐蚀性和易于加工的特性，成为汽车轻量化的理想选择。然而，铝的强度相对较低，无法满足一些结构承载需求。相比之下，钢的强度更高，适用于承受更大压力的部件，但其密度较大，增加了汽车的重量。

使用L-PBF在不同扫描速度下获得的钢/铝合金多材料界面强度

通过多材料PBF技术，铝和钢的优势得以互补。在汽车零部件的制造过程中，研究团队将铝和钢根据功能需求精确结合：铝材料用于车身和车架的轻量化部位，而钢则用于要求更高强度的部位。此举不仅大幅减轻了整车重量，还保证了车架和车身的安全性和耐久性。特别是在碰撞防护设计中，钢材的高强度保证了车辆的结构完整性，而铝的轻量化特性则有助于降低车辆总重，提高燃油效率。




具体应用：轻量化与结构优化

利用多材料3D打印技术，铝与钢的结合不仅可以使车架实现轻量化，还可以根据不同区域的需求进行结构优化。例如，在车架的非承载部件中，使用铝材料可以有效减轻重量，而在承载或受力较大的部位，则可以采用钢材来保证足够的强度。通过3D打印，制造商可以根据每个零部件的具体需求，精准地选择材料组合，从而进一步提升整体结构的性能。

利用铝合金打印的摩托车架

此外，3D打印技术的精确控制能力使得车架零部件的几何形状可以高度定制，避免了传统制造方法中常见的模具限制，能够制造出更加复杂和优化的结构。通过优化车架的设计，减少不必要的材料使用，从而实现更高的能源效率，降低整车的碳排放。

技术突破的实际应用：全尺度汽车悬挂塔的3D打印

通过这种技术，研究团队成功制造出了世界首个全尺度汽车悬挂塔原型，这一组件采用定制几何设计，充分体现了铝钢复合材料在实际汽车零部件中的应用潜力。悬挂塔作为汽车结构的重要部件，要求具有足够的强度和韧性来应对道路上的各种冲击和应力。

世界上第一个通过多材料 3D 打印制造的全尺寸汽车悬架塔的原型

通过3D打印技术，研究人员能够根据实际需要调整铝和钢的比例，精准控制其性能，最终制造出了既轻便又强度足够的悬挂塔。

技术挑战与未来前景


尽管这一技术取得了巨大进展，通过提高激光扫描速度，研究团队成功抑制了衔接面脆性的问题，但在更大规模的工业生产中，如何进一步优化这一过程，确保材料的完美结合，仍是未来需要解决的关键课题。


未来，研究人员的目标是将他们的方法应用于面临类似粘合挑战的其他金属组合，从而有可能在各个行业中开辟更广泛的应用。这不仅为汽车行业提供了更为高效的生产模式，也可能推动其他领域（如航空、航天、机械制造等）向多材料设计和生产方向发展。

导语：随着汽车行业对性能和环保要求的不断提升，轻量化设计已成为关键技术之一。3D打印技术，特别是多材料金属3D打印，为实现这一目标提供了全新的解决方案。

2025年1月3日，据资源库了解：日本东北大学材料科学研究所与新产业创生孵化中心的研究团队通过多材料金属PBF（激光粉末床熔化）技术取得了重大突破，成功开发出铝钢复合材料的3D打印工艺，为多金属材料在3D打印车架中的应用开辟了新的可能。

多材料金属PBF技术的创新突破

金属3D打印，特别是激光粉末床熔化（L-PBF）技术，已被广泛应用于高精度、高复杂度零部件的制造。与传统的制造工艺相比，L-PBF能通过逐层熔化金属粉末，精准地控制零部件的几何形状，并通过优化材料分配来提高零部件的性能。在这项技术中，材料的选择和结构的设计尤为关键，而多材料打印更是能够突破单一材料的局限，实现功能性和性能的最大化。

使用L-PBF在不同扫描速度下获得的钢/铝合金界面

东北大学的研究团队通过这一技术，成功实现了铝与钢等不同材料的结合，解决了金属间的界面问题。传统上，铝与钢由于两者的热膨胀系数和物理性质差异，容易在连接处形成脆性金属间化合物，从而影响结构强度。为了解决这一问题，研究团队采用了一种称为激光粉末床熔化（L-PBF）的工艺，这是金属3D打印领域的领先技术之一。该方法使用激光逐层选择性地熔化金属粉末，通过实验，团队发现，通过提高激光扫描速度，可以显著抑制如Al5Fe2和Al13Fe4等脆性化合物的形成。研究人员进一步确定，这种较高的扫描速度会引发一种叫做非平衡凝固的现象，从而减少溶质分配并防止在材料中形成弱点。最终，这种钢铝合金展现出强大的结合界面，成功实现了轻量化与耐用性并存。

铝钢复合材料的轻量化优势

铝和钢各有其独特的优势。铝是一种轻质金属，广泛用于汽车制造中，以其良好的强度重量比、优异的抗腐蚀性和易于加工的特性，成为汽车轻量化的理想选择。然而，铝的强度相对较低，无法满足一些结构承载需求。相比之下，钢的强度更高，适用于承受更大压力的部件，但其密度较大，增加了汽车的重量。

使用L-PBF在不同扫描速度下获得的钢/铝合金多材料界面强度

通过多材料PBF技术，铝和钢的优势得以互补。在汽车零部件的制造过程中，研究团队将铝和钢根据功能需求精确结合：铝材料用于车身和车架的轻量化部位，而钢则用于要求更高强度的部位。此举不仅大幅减轻了整车重量，还保证了车架和车身的安全性和耐久性。特别是在碰撞防护设计中，钢材的高强度保证了车辆的结构完整性，而铝的轻量化特性则有助于降低车辆总重，提高燃油效率。




具体应用：轻量化与结构优化

利用多材料3D打印技术，铝与钢的结合不仅可以使车架实现轻量化，还可以根据不同区域的需求进行结构优化。例如，在车架的非承载部件中，使用铝材料可以有效减轻重量，而在承载或受力较大的部位，则可以采用钢材来保证足够的强度。通过3D打印，制造商可以根据每个零部件的具体需求，精准地选择材料组合，从而进一步提升整体结构的性能。

利用铝合金打印的摩托车架

此外，3D打印技术的精确控制能力使得车架零部件的几何形状可以高度定制，避免了传统制造方法中常见的模具限制，能够制造出更加复杂和优化的结构。通过优化车架的设计，减少不必要的材料使用，从而实现更高的能源效率，降低整车的碳排放。

技术突破的实际应用：全尺度汽车悬挂塔的3D打印

通过这种技术，研究团队成功制造出了世界首个全尺度汽车悬挂塔原型，这一组件采用定制几何设计，充分体现了铝钢复合材料在实际汽车零部件中的应用潜力。悬挂塔作为汽车结构的重要部件，要求具有足够的强度和韧性来应对道路上的各种冲击和应力。

世界上第一个通过多材料 3D 打印制造的全尺寸汽车悬架塔的原型

通过3D打印技术，研究人员能够根据实际需要调整铝和钢的比例，精准控制其性能，最终制造出了既轻便又强度足够的悬挂塔。

技术挑战与未来前景


尽管这一技术取得了巨大进展，通过提高激光扫描速度，研究团队成功抑制了衔接面脆性的问题，但在更大规模的工业生产中，如何进一步优化这一过程，确保材料的完美结合，仍是未来需要解决的关键课题。


未来，研究人员的目标是将他们的方法应用于面临类似粘合挑战的其他金属组合，从而有可能在各个行业中开辟更广泛的应用。这不仅为汽车行业提供了更为高效的生产模式，也可能推动其他领域（如航空、航天、机械制造等）向多材料设计和生产方向发展。