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在航空航天发动机燃烧室中,内壁需要承受近千摄氏度的燃气冲刷,而外壁则肩负着将热量快速导出的重任;在半导体制造领域,一块热沉既要具备钨的高熔点抗等离子体侵蚀,又需要铜的超强导热能力将热量瞬间带走。一枚零件,两种截然相反的性能诉求——这正是金属双材料3D打印的用武之地。
上海研倍新材料科技有限公司(以下简称“研倍新材”),以自主可控的PREP等离子旋转电极雾化制粉技术为核心,打通“高端金属粉末研发→双金属增材制造工艺→全流程后处理”全产业链,为航空航天、能源动力、生物医疗及半导体装备客户提供金属双材料一体化成型解决方案。
一、一体成型,让两种金属各司其职
金属双材料3D打印,是在单一零件内一体化成形两种不同金属/合金,实现分区性能定制的增材制造技术。它让同一构件不同位置同时拥有两种材料的极致优势,告别传统焊接、铸造异种金属结合强度差、无法成型复杂内腔的长期困扰。
三大核心价值,直击高端制造痛点:
性能按需分区——一处耐高温高强度、一处高导热/耐腐蚀/轻量化,无需多零件装配,从源头消除连接薄弱环节;
界面精准可控——提供突变界面、连续梯度过渡层、中间缓冲层三类结构方案,大幅降低异种金属界面热应力与开裂风险;
复杂结构一体化——内置随形冷却流道、仿生互锁界面、径向复合梯度结构,传统“焊接+机加”工艺无法实现。
二、三条工艺路线,覆盖从精密小件到大型结构件
研倍新材依托专业研发团队(材料科学教授3名、博士4人,一线技术人员从业数十年),建立覆盖三大主流工艺的双金属打印服务能力,根据零件尺寸、精度、成本和材料体系灵活匹配最优方案:
1. 激光选区熔化SLM/LPBF——精密小件的“双材料微雕”
采用双料仓+柔性刮刀/粉末抽吸系统,每层按需铺设两种金属粉末,激光分区熔化,逐层堆积。精度±0.02~0.05mm,致密度≥99.9%。适用于航空发动机双金属喷嘴、半导体铜-钢散热随形流道、梯度骨科植入件等精密部件。
2. 定向能量沉积DED——中大结构件的“梯度自由构建”
激光送粉DED双路同轴送粉,打印中实时切换两种金属粉末,成分连续梯度可动态调节;电弧熔丝WAAM双丝交替沉积,效率极高。适用于火箭燃烧室(内壁铜合金导热、外壁镍基高温合金耐热)、大型液压双金属阀块、轧辊复合层等中大型构件。
3. 粉末挤出PEP——低成本梯度功能件
双进料挤出机头,两种金属喂料按比例共挤,生坯脱脂+高温烧结致密。成本远低于SLM,适合小批量梯度功能件快速验证与交付。
三、三大界面方案,系统性攻克异种金属结合难题
异种金属结合的核心挑战在于熔点、热膨胀系数、元素互溶性的巨大差异——熔池反应生成硬脆金属间化合物,导致界面裂纹与分层。研倍新材提供三类界面设计方案,按材料体系与服役条件精准匹配:
| 界面类型 | 技术特点 | 适用材料体系 |
|---|---|---|
| 突变直连界面 | 两种金属直接交界,工艺最简 | 仅限冶金相容性好、热膨胀系数接近的合金对(如316L/17-4PH) |
| 连续梯度FGM过渡层 | 成分从100%A平滑渐变至100%B,平缓热应力 | 钨铜、IN718-CuCrZr等温差悬殊体系(最优方案) |
| 中间缓冲夹层 | 插入相容过渡合金,阻隔有害元素反应 | 钛/钢、铝/铜等难兼容体系 |
借助热力学模拟软件,研倍新材可在打印前精准预判物相形成温度节点与元素偏聚趋势,大幅减少试错成本,缩短研发周期。
四、核心材料配对与典型应用场景
研倍新材凭借PREP核心技术,已实现钛合金、高温合金、工模具钢、铝合金、镍基合金等超1000种合金粉末的稳定规模化生产。以下双金属组合已在多个高端领域批量应用:
| 材料组合 | 性能互补 | 典型应用 |
|---|---|---|
| IN718镍基合金 + CuCrZr铜合金 | 外层耐高温高强度、内层超高导热 | 航空发动机燃烧室、火箭推力室喷嘴 |
| Ti6Al4V钛合金 + 316L不锈钢 | 钛轻量化生物相容、钢耐磨耐腐蚀 | 深海阀门、医疗复合植入支架 |
| 钨 + 铜 | 钨高熔点抗冲刷、铜快速散热 | 核聚变偏滤器、半导体热沉、电极 |
| 马氏体时效钢 + H13模具钢 | 基体高强、表面高硬度耐磨 | 注塑随形冷却模具、压铸模 |
| 铝硅合金 + 铜合金 | 铝轻量化、铜高导电导热 | 新能源电机壳体、功率器件散热件 |
研倍新材产品已批量应用于C919大飞机配套部件、航空发动机样机、医疗3D打印植入物、新能源汽车轻量化结构等项目,累计服务国内外超千家科研机构与制造企业。
五、从粉末到成品——研倍新材的技术护城河
粉末源头保障: PREP技术三大突破——超纯超低氧(无陶瓷坩埚接触,氧含量ppm级)、高球形度(>95%,适配全系列增材工艺)、高效稳定(细粉收得率超70%)。
后处理闭环: 热等静压HIP、真空退火、扩散退火为双金属件标准后处理工序,消除残余应力,进一步提升界面结合强度。
博士级技术陪跑: 研倍新材不仅是材料供应商,更是高端粉末技术解决方案服务商。针对科研单位“小批量、多批次、高定制”的痛点,打破传统起订量限制,实现克级到公斤级柔性生产,交付周期较行业平均缩短50%以上。
六、双金属3D打印VS传统异种金属连接——代际优势对比
| 对比维度 | 双金属3D打印 | 异种金属焊接 | 双金属铸造/轧合 |
|---|---|---|---|
| 界面质量 | 冶金结合,梯度可控 | 突变界面,易焊裂 | 界面易夹杂,形状受限 |
| 复杂内腔成型 | 可内置复杂随形流道 | 无法内部结构 | 复杂型腔难成型 |
| 梯度可控性 | 极高 | 无梯度 | 分层粗梯度 |
| 单件成本 | 中高(小件精密) | 低(简单结构) | 批量低成本 |
让设计不再妥协
金属双材料3D打印正在重新定义“材料”的边界——不再是选择一种材料然后接受其全部局限,而是按需赋予零件不同位置不同的材料基因。
研倍新材以自主可控的PREP制粉技术为核心、以全谱系合金粉末产品线为基础、以三大双金属打印工艺为支撑,致力于成为您在双金属增材制造领域最值得信赖的技术伙伴。
让材料突破边界,让设计不再妥协。


