高熵合金与定向凝固镍基高温合金，一个强度高得难以切削加工，一个裂纹敏感得被行业称为「不可焊」，长期是增材制造领域公认的硬骨头。8月中旬，两项来自国产力量的突破几乎同时传来：通历激光更新至第十代的同轴送丝送粉激光头，以12kW功率配合环形光斑方案，攻克高熵合金的高质量3D打印难题；西空智造联合西安交通大学，依托自研M100型电子束选区熔化设备，实现DZ125、DD6两种高裂纹敏感镍基高温合金的稳定成形。从核心器件到整机装备，中国增材制造正在向极端材料的制造纵深挺进。
难加工合金：性能优越与可制造性极差的矛盾
高熵合金具有独特的多主元素固溶体结构，在强度、耐腐蚀性、耐热性和抗辐射等方面展现出传统合金难以比拟的性能优势，可用于制造发动机热端部件、活性毁伤材料，以及飞行器、反应堆、深海耐压结构件，还可用于电磁屏蔽和半导体封装结构制造。但高熵合金强度和硬度都很高，很难通过机械加工获得大型复杂的几何形状，一定程度上限制了其工程应用。目前激光3D打印已成为高熵合金的重要制造手段，工艺路径分为粉末床式和送丝、送粉式，其中后者主要用于制造大型高熵合金零件，但此类合金在打印过程中易出现应力集中，导致晶间开裂，影响质量和性能。
与高熵合金相比，DZ125、DD6是更典型的「极端材料」。它们是面向航空发动机高温工况的定向晶、单晶镍基高温合金，以γ′相沉淀强化为核心机制，兼具优异的高温持久、蠕变及疲劳性能，是航空发动机涡轮叶片等关键热端部件的核心用材。这类合金富含Al、Ti及Hf、W、Mo、Ta等元素，在提升γ′相占比与高温承载能力的同时，也拓宽了凝固温度区间，加剧了元素偏析与晶界低熔点相形成的倾向，因此裂纹敏感性极高，被行业公认「不可焊」。长期以来，这类部件主要依赖精密铸造与定向凝固工艺制备，但铸造依赖模具与型芯，复杂内腔、气膜孔构件成形难度大、良品率低；而激光增材工艺温度梯度大、冷却速率快，会进一步加剧液化裂纹风险，缺陷控制难度极高。
通历激光十年迭代：环形光斑同轴送丝头攻坚高熵合金
面对高熵合金这类难加工材料，激光送丝增材制造需要一套足够聪明的能量控制系统。通历激光的同轴送丝送粉激光头从2017年便开始研发，当时这一核心部件被海外厂商垄断，国内几乎无人入局。研发初期，团队尝试过同轴一分四光束、同轴多光束、锥反射环形光等多种光学方案，但多点拼接导致光斑与熔池形貌不佳、加工方向受限、焦点高度敏感，工艺窗口太窄，只能应对平面结构件加工，面对三维曲面复杂增材难以实现规模化制造。2021年成为通历激光的里程碑节点，团队成功推出首款成熟的同轴送丝送粉激光头并实现规模化量产，一举填补国内技术空白，开启国产激光头的进口替代之路，至今该产品已更新至第十代。
第十代同轴送丝送粉激光头的核心进化在于功率与光斑。在普通激光头激光加工功率约4800瓦的基础上，第十代产品将功率提升至12千瓦，采用中空环形光束轮廓，将激光直接聚焦到丝材和工件表面之间的交汇区域，光束能量强度全向分布、均匀预热，可完全控制加工过程中的能量输入，轻松实现熔融，且对加工轨迹无方向性要求，甚至可以进行反重力打印。配合「内丝外光」方案，熔融过程飞溅少，减少了由飞溅带来的材料损失，降低成分偏离设计配比的风险，从硬件层面解决了高熵合金打印中的应力集中与晶间开裂难题。
| 技术要素 | 关键参数 | 对应价值 |
|---|---|---|
| 激光功率 | 12kW（常规约4800W） | 高熔点难熔材料熔融更轻松 |
| 光束方案 | 中空环形光斑同轴 | 全向均匀预热，无方向性要求 |
| 送丝系统 | 拉力4kg，速度16m/min，精度0.1mm | 线径0.8-3.5mm多规格兼容 |
丝粉同送与复合热源：从单一材料到功能材料制备
除了能量控制，第十代激光头在材料制备方式上也更为灵活。它支持单送丝、单送粉、丝粉同送、一层丝一层粉等多种组合，可在复杂三维空间中控制材料分布的方向性和多样性，为工艺引入更高层次的设计自由度。其中丝粉同送功能尤为关键：许多材料制成丝材较为困难，如钨、钼、硅、锗等，但又需要特定性能，丝粉同送可以将硬质或特殊性能颗粒以粉末形式添加到熔池中，实现金属基复合材料的原位制备，还可分别对每一层进行成分设计，制备梯度功能材料，广泛应用于航空航天、军工装备、汽车等领域。
在成型效率上，激光加工精度高、打印部件沙孔少，但加工效率相比电弧较慢。为提高效率，第十代同轴送丝头可快速增加热丝电源或电弧进行复合打印，为丝材预热、加快成型速度，以钢材为例，增加热丝电源后每小时可成型钢材4公斤，增加电弧后每小时可成型7公斤，且丝粉同送功能可与热丝、电弧功能同步开启。在配套器件方面，通历自研的送丝机最大拉力4公斤、送丝速度最高16米每分钟、精度0.1毫米，兼容0.8至3.5毫米多规格线径，重量仅3.9公斤；送粉器可输送粒径20至800微米的金属粉末，粉筒数量可单桶、双桶或定制。截至目前，该激光头可打印的材料范围已覆盖碳钢、不锈钢、全系铝合金、铜合金、钛合金、镍基合金、巴氏合金、钴基合金、镁合金、锆丝、陶瓷合金等，并可选配CCD相机与熔池监控，为科研与生产提供多维质量保障。
西空智造×西交大：电子束点亮「不可焊」镍基高温合金
在激光路线的另一侧，电子束技术也在难加工材料上取得关键进展。日前在苏州举办的第五届增材制造技术国际高峰论坛上，西空智造在电子束增材制造分会场作专题技术报告，正式发布公司在电子束增材制造领域的技术突破：联合西安交通大学材料科学与工程学院陈凯教授团队，依托自主研发的M100型电子束选区熔化设备，针对DZ125、DD6两类高裂纹敏感镍基高温合金展开增材制造研究，成功实现高质量稳定成形。
此次攻关的核心在于「形性协控」技术路径。团队创新构建了「高温预热—熔池形貌调控—扫描策略匹配」的成套协同工艺，采用离散式定点熔化扫描替代传统连续线扫描，精准调控电子束熔池能量。经CT无损探伤、金相观测、EBSD晶粒组织等多维度检测验证，自研装备制备的镍基高温合金样件内部无裂纹、孔隙、未熔合等冶金缺陷，并可灵活调控晶粒组织，按需实现定向柱状晶或等轴晶生长，满足不同航空构件的性能需求。作为国家级专精特新重点「小巨人」企业，西空智造长期深耕国产电子束点打印装备研发，实现设备核心软硬件完全自主可控，此前已用M100设备实现司太立特6高硬度耐磨合金的致密度99.9%精密打印。此次DZ125、DD6的突破，为薄壁、空心、多冷却通道一体化航空热端部件制造与损伤修复提供了全新国产化方案，也从「不可焊」到「高质量成形」层面，动摇了传统铸造在航空发动机核心热端部件领域的不可替代地位。
总结
从通历激光第十代同轴送丝头以12kW功率攻克高熵合金，到西空智造M100电子束实现DZ125、DD6「不可焊」高温合金的高质量成形，国产增材制造正在核心器件与整机装备两端同步打破海外垄断。随着难加工材料成形能力持续突破，增材制造在航空发动机热端部件等高端制造领域的工程化空间将进一步打开。
来源：3D打印技术参考、西空智造官网、PowderSight、新浪财经