Nature：中国科学院金属研究所张哲峰团队报道3D打印钛合金超高疲劳强度

3D打印，又名增材制造（Additive manufacturing，AM），因其得天独厚的自由成形能力极大地满足了高端装备和构件对高集成性、多功能性、轻量化、一体化的需求，被认为是制造领域的颠覆性技术。因而，3D打印材料在航空航天等领域得到极大关注和初步应用。然而，与传统制造技术相比，3D打印制备的材料在循环载荷下的疲劳性能普遍较差，严重制约了其作为结构承力件的广泛应用。因此，如何提升3D打印材料与构件的疲劳性能是国内外学术界与工程界热切关注的焦点问题。

这项工作中，张哲峰团队首次明确提出：理想状态下3D打印技术直接制备出的钛合金组织本身（称为Net-AM组织）应具有天然的超高疲劳性能，而打印过程中产生气孔等缺陷作为疲劳短板掩盖了其自身组织抗疲劳的优点，导致实际测量的3D打印材料疲劳性能往往大幅降低。因此，提升3D打印材料疲劳性能的关键在于消除打印气孔的同时，尽可能保留原始打印的组织状态。然而，目前消除气孔的工艺往往伴随组织粗化，而细化组织处理又会带来气孔复现，甚至引发易于疲劳开裂的晶界α相富集等新的不利因素，可谓进退两难。幸运的是，张哲峰团队在Ti-6Al-4V合金中首次发现：3D打印态组织在高温下相转变、晶界迁移与气孔长大过程具有异步特性；这意味着存在一个宝贵的热处理工艺窗口，既可实现板条组织细化，又能有效抑制晶界α相富集及气孔复现。为此，他们巧妙地利用了这一工艺窗口期，发明了缺陷与组织分步调控的NAMP新工艺（Net-Additive Manufacturing Process）（图1），最终制备出几乎无气孔的近Net-AM组织钛合金。

大量疲劳实验表明这一近Net-AM组织有效避免了从打印气孔、粗大板条及α相富集晶界等多种疲劳短板处开裂（图2），充分展示出3D打印组织自身所特有的高疲劳抗性：其拉-拉疲劳强度从原始态的475 MPa提升至978 MPa，增幅高达106%（图3）。通过对比发现，这种近Net-AM组织Ti-6Al-4V合金不仅在所有钛合金材料中具有最高的拉-拉疲劳强度，而且在目前已报道的材料疲劳数据中，还具有最高的比疲劳强度（疲劳强度除以密度）。

这项成果更新了人们以往对3D打印材料疲劳性能不高的固有认识，揭示了3D打印技术在抗疲劳制造方面的独特优势，展现了3D打印材料作为结构承力件在航空航天等重要领域的广阔应用前景。