近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员开发出一种创新的激光路径控制方法，旨在解决金属3D打印中高熵合金（HEAs）的混合难题。这项研究的核心在于，通过重新编程激光的扫描路径，使其在穿过粉末床时沿连续椭圆环状路径移动，从而主动搅动熔池，促进多种金属元素在原子级别的均匀混合。

NIST物理学家、该研究的共同负责人Fan Zhang指出，高熵合金含有五种或更多元素且比例相等，其独特的原子排列可以在极端温度下提高强度和稳定性，适用于喷气发动机或核反应堆等应用。然而，不同金属具有不同的密度、熔点和表面张力值，导致组分容易分离。传统的铸造方法难以实现原子级别的均匀性，而激光粉末床熔融技术中，熔池比瓢虫的眼睛还小，并在不到一秒内凝固，几乎没有足够的时间让有意义的混合自然发生。

NIST研究员Ho Yeung及其同事提出的解决方案在概念上直接：让激光搅拌金属。研究团队没有使用商业打印机中典型的直线光栅扫描路径，而是从头编写软件，生成这些椭圆环状路径。关键优势在于：无需修改硬件，现有的金属3D打印机原则上可以通过仅更新软件来应用这一技术。

为了验证该方法，研究团队尝试熔合两种通常不兼容打印的材料：RHEA-19（一种致密的耐火高熵合金）和一种轻质钛合金。为了确认最终材料是否真正在原子级别混合，团队求助于阿贡国家实验室的先进光子源（APS），这是一个比足球场还大的环形加速器，能够产生比牙科诊所X射线亮约5000亿倍的X射线束。通过让这些X射线束穿过冷却中的金属，研究人员解码原子产生的衍射图案，实时追踪结构变化，从而确认激光搅拌产生了一种真正的、均质的合金，而非拼凑的复合材料。

这项技术的影响远远超出了高熵合金。目前，金属3D打印面临一个基本限制：每种粉末配方只能生产一种特定的合金。NIST的方法指向了一种更灵活的方案，类似彩色喷墨打印机用少量基础墨水产生任何色度。配备元素金属粉末和激光搅拌能力的打印机，理论上可以通过改变粉末的组合方式以及熔池被搅拌的强度，按需合成不同的合金。这种灵活性可以降低采购成本并简化库存，也开启了更多可能性，例如喷气涡轮叶片可以由渐变材料打印而成，无需任何可能引入弱点区域的焊接接头。

NIST从工艺层面解决问题，通过设计激光的行为来主动塑造冶金结果，而非依赖材料的预配制。这之所以重要，是因为它将合金成分与粉末制备解耦，为制造商提供了一个他们以前没有的杠杆。与此同时，其他研究机构也在从不同方向推进。马德里IMDEA材料研究所的研究人员在2025年末发表了一项研究，涉及一种专为与激光粉末床熔融兼容而设计的钴基和镍基高熵超合金，从材料侧向内调整工艺参数。橡树岭国家实验室开发了DuAlumin-3D铝合金，从材料向外设计。NIST则从工艺向外工作，通过激光路径控制使难以打印的合金变得可打印。综合来看，这些努力汇聚到同一个根本性差距上：金属3D打印仍然受到先进合金可靠、可重复且规模化生产的限制，而NIST的激光搅拌方法为这一努力增添了一个有意义的新工具。