美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）研發(fā)出一種基于3D打印的“激光攪拌”新工藝，通過改變激光掃描路徑為微小橢圓環(huán)形軌跡，實(shí)現(xiàn)對高熵合金熔池的主動攪拌，有效解決多金屬元素在原子尺度上難以均勻混合的技術(shù)難題。該方法可在不更換設(shè)備的前提下，直接在金屬粉末床熔融成形過程中完成復(fù)雜合金的原位合成，首次實(shí)現(xiàn)兼具高性能材料制備與復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)成型的一體化制造。

傳統(tǒng)金屬3D打印采用直線掃描方式，激光在極短時間內(nèi)（不足1秒）熔化金屬粉末形成熔池，隨后迅速凝固。對于單一金屬或簡單合金，此過程足以保證成分均勻；但高熵合金（HEA）通常由五種以上金屬以近等比例組成，因各組元密度、熔點(diǎn)和凝固行為差異顯著，極易在冷卻過程中發(fā)生偏析，形成成分不均的斑塊區(qū)域，導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降。NIST團(tuán)隊(duì)提出將激光路徑從直線改為連續(xù)橢圓環(huán)形運(yùn)動，使激光在熔池內(nèi)形成局部對流，相當(dāng)于在微觀尺度上“攪拌”熔融金屬，顯著提升元素擴(kuò)散效率。

實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)選取了難兼容的兩種材料——高密度難熔高熵合金RHEA-19與輕質(zhì)鈦合金作為測試對象。在兩者界面處施加環(huán)形激光掃描后，X射線衍射分析顯示，兩相之間出現(xiàn)明顯的成分梯度過渡，未出現(xiàn)明顯分層或界面缺陷，證明該技術(shù)能有效打破傳統(tǒng)冶金中的成分分離瓶頸。這一成果依托于阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光子源（Advanced Photon Source）同步輻射裝置，通過高速X射線衍射實(shí)時捕捉熔融與凝固過程中的原子結(jié)構(gòu)演變，驗(yàn)證了激光路徑對合金組織形成的調(diào)控作用。

該技術(shù)的核心突破在于：無需額外攪拌裝置或特殊設(shè)備改造，僅通過重新編程激光路徑即可實(shí)現(xiàn)“自攪拌”效果。但其應(yīng)用受限于現(xiàn)有商業(yè)軟件無法生成復(fù)雜環(huán)形工具路徑，因此團(tuán)隊(duì)需從零開發(fā)專用算法。這表明該技術(shù)雖具備工業(yè)轉(zhuǎn)化潛力，但尚需配套軟件生態(tài)支持。目前該方法仍處于科研驗(yàn)證階段，尚未進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)流程，不同合金體系的適配性、熱應(yīng)力控制、孔隙率管理及后續(xù)熱處理工藝仍需系統(tǒng)優(yōu)化。

從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，該技術(shù)有望重塑金屬增材制造的材料供應(yīng)模式。當(dāng)前主流做法是使用預(yù)合金化粉末，若需打印12種不同合金，企業(yè)需采購12種專用粉末，成本高且?guī)齑鎵毫Υ蟆６鳱IST方案允許打印機(jī)在內(nèi)部混合多種基礎(chǔ)金屬粉末（如鐵、鎳、鈷、鉻、鈦等），如同“彩色打印機(jī)”混合幾種基本油墨生成萬千色彩，從而大幅降低原材料種類需求，提高生產(chǎn)柔性。例如，在航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片制造中，可實(shí)現(xiàn)同一部件不同區(qū)域的材料性能定制化：高溫區(qū)采用耐熱型高熵合金，承力區(qū)則切換為高強(qiáng)度鈦基復(fù)合結(jié)構(gòu)，避免傳統(tǒng)焊接帶來的接頭弱化問題。

對中國制造業(yè)而言，該技術(shù)提示三大關(guān)注點(diǎn)：一是國產(chǎn)金屬3D打印機(jī)廠商應(yīng)加快開發(fā)支持復(fù)雜路徑規(guī)劃的底層控制系統(tǒng)，尤其在激光路徑生成算法方面布局；二是材料供應(yīng)商可考慮開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)金屬粉末組合包，配合未來“按需合金”打印需求；三是高端裝備制造商在進(jìn)口設(shè)備選型時，應(yīng)優(yōu)先評估其是否支持非標(biāo)準(zhǔn)路徑編程能力，避免被鎖定于固定粉末配方。此外，由于該技術(shù)依賴高精度激光控制與實(shí)時監(jiān)測，對設(shè)備穩(wěn)定性、環(huán)境溫控及維護(hù)周期提出更高要求，企業(yè)在采購時需關(guān)注整機(jī)系統(tǒng)的長期可靠性。