美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）制造示范设施的研究人员成功开发出一种名为DuAlumin-3D的3D打印铝合金，该材料专为航空航天和汽车领域的高温部件而设计。这种合金含有铈、镍和锆等元素，从概念提出到制成全尺寸原型汽车活塞，研发周期不到三年——而传统工艺通常需要10到20年。该项目获得了R&D 100奖。

标准铝合金重量轻且成本低，但在高温下会失效，迫使设计者要么接受较低的性能，要么使用更重、更昂贵的钛合金、钢、镍或钴合金。增材制造使问题更加复杂：在数千种传统可用的合金中，只有不到0.5%能够被成功打印，而高强度铝合金在打印冷却过程中特别容易开裂，这种缺陷称为热裂纹。即使是成功打印的化学改性版本，也缺乏在250到400摄氏度范围内所需的结构完整性，而这一温度区间目前是钛合金的主场。

DuAlumin-3D是一种铝基合金，它能抵抗加工缺陷，并在打印过程中自身形成高比例的纳米级耐热强化颗粒，使其适用于热交换器和活塞等复杂几何形状，同时保持高达400摄氏度的机械性能。加速的开发时间线得益于ORNL多项材料科学能力的结合：快速X射线计算机断层扫描、先进电子显微镜、力学测试、计算热力学和原位中子衍射。据该实验室称，这种设计方法可以推广到加速其他用于增材制造的合金的研究。

该3D打印铝合金的制造密度超过99.9%，并在400°C下实现了已知最好的块体铝合金抗蠕变性能。抗蠕变性是指材料在持续受热和应力下抵抗缓慢永久变形的能力。在350°C下，DuAlumin-3D也表现出优异的抗疲劳性能，能够在反复应力循环下不发生破坏。总体而言，ORNL估计该合金的工作温度可比其他铝合金高出约150°C，并且在比常用合金工作温度高100°C的条件下，抗蠕变性与它们相当。

相比传统铝合金，DuAlumin-3D的工作温度高出约150°C，使其能够进入此前仅由钛、钢或镍基材料适用的应用领域。同时，该材料的重量仅为钛的一半，导热效率则高出近6倍。在航空领域，用DuAlumin-3D替代钛制热交换器，每架飞机可减重数百磅。橡树岭国家实验室估计，若应用于整个商业机队，每年可节省超过5000万加仑航空燃油，价值超过1.2亿美元。

在汽车应用中，用DuAlumin-3D替代现有铝合金，可将峰值缸内温度提高50至100°C，结合增材制造的设计自由度，使发动机热力学效率提升高达10%。若美国汽车行业有10%采用该材料，每年潜在燃油节约可达约30亿美元。

该材料已走出实验室：2025年，通用汽车在其低质量高效率中型卡车发动机中使用了DuAlumin-3D，该发动机本身也获得了R&D 100奖。美国能源部先进材料与制造技术办公室以及车辆技术办公室为这项研究提供了支持。

多个团队正在攻克同一缺口。2025年10月，麻省理工学院的研究人员利用材料建模和机器学习筛选了数十万种元素组合，得到一种含有铒、锆和镍的铝合金，该合金打印后无裂纹，在400°C热处理后抗拉强度达到395 MPa。2025年12月，名古屋大学开发了一系列由低成本、丰富且易于回收的元素构成的耐热铝合金，其中一个变体在300°C下仍保持强度与柔韧性，目标应用于压缩机转子和涡轮部件。

ORNL正在攻克增材制造中一个持续存在的缺口：铝在高温下失效。其战略有两个方面：填补250到400°C区间内钛合金没有轻量化竞争对手的空白，以及利用该实验室称可转移至其他增材制造合金的计算设计工具，将合金开发时间从数十年缩短至三年以内。DuAlumin-3D的与众不同之处在于其成熟度——400°C下的性能已在通用汽车量产发动机中得到验证。剩余的障碍不再是性能，而是规模化认证。