TCT展会仍未见到的黑科技！多材料金属3D打印，引领下一个十年

导语：

制造业的发展史，本质上是一部材料与工艺的进化史。自1995年选区激光融化SLM3D打印技术成为金属3D打印主流以来，已经过去了接近30年。

在本次TCT亚洲展热闹空前的盛会上，各类3D打印的精彩应用五花八门。

但我们主要看到的还是单一材料的金属增材应用仍在不断拓展。虽然暂时没有看到任何多材料金属3D打印的设备（如有请读者分享图片指正），但这个多材料金属技术的需求确越来越实际，而且已经在海外应用越来越广。

何谓多材料金属3D打印？简而言之，就是在一个打印件内混合使用多种合金材料，实现材料属性和功能的局部调控。

这听起来似乎是一个简单的概念，但却蕴藏着无限可能。

想象一下，如果我们可以在一个零件内精准分布不同的金属，让高强度材料用于关键受力区，而高导热材料用于散热区，会带来怎样的性能提升？

如果我们可以将金属与陶瓷巧妙结合，制造出兼具金属韧性和陶瓷耐磨性的复合材料部件，又会开辟怎样的应用新场景？

多材料技术正是3D打印领域的「未来之路」。它代表着增材制造的新高度，预示着个性化、功能化制造时代的到来。

而在这条道路上，一批行业先锋正在开疆拓土，亮剑前行。本文将带您深入多材料金属3D打印的前沿阵地，领略这项颠覆性技术的独特魅力。

一、多材料金属3D打印，行业的「超级变量」

要理解多材料金属3D打印的革命性意义，我们不妨先回顾一下单一材料3D打印的局限性。作为增材制造的主流路线，单材料打印虽然已经突破了传统工艺的设计边界，实现了构型的复杂化，但在材料性能方面却难有大的作为。

这是因为，打印件内部材料组成的均一性，注定了其力学、物理、化学性能的单一性。这无疑限制了3D打印技术的应用边界和产业想象力。

而多材料打印，正是这一瓶颈的解药。

通过在单个零件内混合不同材料，我们可以实现性能的梯度分布和功能的选择性集成。

一方面，多材料技术使工程师能够因地制宜地调配材料组分，在力学性能、导电导热性、耐腐蚀性、生物相容性等方面实现区域化优化；

另一方面，它还允许在同一零件内打印多种不同的功能结构，如冷却通道、嵌入式传感器、仿生骨架等，从而将打印部件的集成化、智能化水平推向新高。

可以预见，多材料金属3D打印将为众多行业带来「换道超车」的机遇：

• 在航空航天领域，可实现轻量化与高性能兼顾的复杂结构件；

• 在能源动力领域，可打印出耐高温、抗疲劳、散热优化的核心部件；

• 在医疗器械领域，可制造高强韧、抗菌防污、组织诱导的个性化植入物；

• 在电子电器领域，可一体化打印集成电路和高导热表面等异质结构

  
  

这些变革性应用的背后，是多材料技术对设计思路和制造范式的重塑。它昭示着，制造不再是简单的「制造」，而是一场精细的「材料编程」。

设计师将像软件工程师一样，在数字孪生空间内定义材料版图，优化力流分布，裁剪功能组件。最终， 打印系统作为一个「通用构造机」，将设计者的构想精准转化为实体。

由此，产品的单位功能密度（单位重量或者单位体积内所能集成的功能价值）将大幅提升。

综上所述，多材料金属3D打印是当前乃至未来相当长一段时间内增材制造领域最值得关注的「超级变量」。

它所蕴含的工程价值、商业价值、社会价值不可估量。对产业界而言，多材料技术无疑是一个具有战略意义的制高点，一个事关长远发展的必答题。

而随着Desktop Metal等业界金属增材企业的觉醒和发力，多材料的前景更显光明。在竞争日益白热化的3D打印赛道上，谁能率先掌握并部署这一「超级变量」，谁就有望抢占先机，重构行业版图。

二、多材料金属打印的海外企业易主

一提到多材料金属3D打印，就不得不提到一家名为Aerosint的比利时初创企业。这家成立于2016年的公司，堪称多材料3D打印商业化的先行者。其独创的选择性粉末沉积技术，极具特色。

与传统的粉末床熔融工艺不同，Aerosint的系统采用了多料仓、多铺粉辊的设计。多种金属粉末可以在同一层内被选择性地沉积，形成精细的材料图案。在随后的烧结/熔化环节，激光会对不同材料区域施以差异化的工艺参数，从而确保界面的牢固结合。值得一提的是，系统还集成了智能化的粉末回收机制。来自不同料仓的多余粉末可被自动抽吸并分选回收，大幅提高了材料利用率。

一句话总结来说，把多材料的送粉器、吸粉器和辊集成在了一起。

在这个技术平台下，不管是选区铺粉还是粘接剂成型，只要涉及多材料粉末切换，理论上都可以用这个技术平台。

Aerosint的技术优势是显而易见的。它突破了现有3D打印设备「同层同材」的桎梏，为粉末床系统注入了前所未有的材料灵活性。

2021年7月，增材制造巨头Desktop Metal更是斥资数千万美元收购了Aerosint，力图借助后者的多材料技术优势，进一步强化其在金属3D打印赛道上的产品力。

正如DM联合创始人兼CEO Ric Fulop所言，「多材料打印代表了增材制造的未来。人们最终想要打印出完整的最终产品，而不仅仅是单一的零部件。这就要求在一次成型中混合多种材料，实现不同区域、不同功能的无缝集成。而这正是Aerosint所擅长的。」

在2023年10月，Aerosint SA 被Schaeffler 从DM手中买下，公司易主。并更名为「Schaeffler Aerosint SA」，并入舍弗勒集团。

AM易道并不了解DM仅2年就转手卖出的原因和交易细节。但从双方表态和发言来看，依旧对于该公司的技术极度看好。

「舍弗勒 Aerosint SA 提供了首个同步金属多材料打印工业解决方案。这种专业知识，加上我们高水平的工业化能力和数十年的创新生产技术专业知识，将为我们带来决定性的市场优势。」舍弗勒股份公司首席运营官 Andreas Schick 评论道。「此次收购是工业 4.0 领域金属增材制造工艺工业应用的一个重要里程碑。」舍弗勒还宣布将继续与 Desktop Metal 进行多材料 3D 打印合作，包括在无工具制造技术领域。Desktop Metal 创始人兼首席执行官 Ric Fulop 表示：「舍弗勒是我们的国际合作伙伴，拥有高水平的技术专业知识和清晰的路线图，可将基于激光的系统的 SPD 技术商业化。」 「我们将继续合作，研究未来在桌面金属粘合剂喷射系统中使用该技术的各种可能性。」

三、多材料金属3D打印的「技术内核」

说到这里，相信很多读者都在好奇：多材料金属3D打印的实现路径究竟是什么？它在工艺流程和技术架构上有何独特之处？下面，我们不妨沿着材料、工艺、软件这三个核心维度，来剖析一下多材料金属3D打印这台「超级机器」的内在运行逻辑。

材料

多材料打印对粉末开发提出了更高要求。由于不同材料需要在同一台设备、同一个打印作业中被处理，因此它们在粒度形貌、流动性、激光吸收率等方面必须相互兼容。

此外，界面处材料的互溶性、热膨胀匹配性也关系到后续致密化效果。因此，粉末生产商需要围绕多材料工艺来优化粉体配方，研发专用的预合金化粉末。

以上文的Aerosint为例，支持的材料如下：

设备

多材料对设备硬件提出了全新挑战。以粉末供给系统为例，传统的单料仓单铺粉机构已不再适用，需要过渡到如Aerosint的双料仓、双铺粉辊模式，或者类似Fraunhofer IGCV的revolver式多料仓切换方案。

图中是SLM Solution的方案，不同于Aerosint

此外，还需要针对不同材料开发差异化的铺粉策略和粉末回收方案，以确保沉积均匀性和材料利用率。与此同时，成形单元的激光系统、扫描策略等也需进行适配性升级，以匹配不同材料的热-光特性。

软件

软件系统是实现多材料打印的另一个关键。与单材料工艺相比，多材料对建模、切片、工艺优化等环节提出了更高要求。

设计端需要支持多材料、多域模型的构建，以及材料梯度、界面结构的优化；数据制备端需要实现多材料工艺参数的精细调控，以及材料相变、应力演化的准确预测；

而在过程控制和质量监测环节，则需借助机器视觉、机器学习等智能算法，对材料沉积、烧结状态进行实时反馈与动态优化。

由此可见，软件是多材料3D打印的「幕后英雄」，其智能化水平将很大程度上决定技术的成熟度。

工艺

最后，工艺研究是多材料应用落地的基石。正如Fraunhofer IGCV研究所所指出的，每一种材料体系在进入多材料工艺前，都需经过严格的单材料工艺评估。

在此基础上，还要系统开展双材料烧结工艺研究，优化界面结合区的工艺参数，摸清缺陷控制、热处理等环节的特殊规律。

只有在材料、工艺的评价体系建立完善后，多材料制造的可重复性才能得到保障。

综上所述，多材料金属3D打印绝非单一技术的简单堆砌，而是一套集成了材料、设备、软件、工艺于一体的复合制造系统。

各环节之间环环相扣、缺一不可。这就要求产业界打破壁垒，加强上下游协同创新，共同打通多材料应用的任督二脉。

四、多材料金属3D打印的应用图景

讲技术，更要谈应用。再华丽的工艺，若不能转化为看得见、摸得着的经济价值，也终究只是镜中花、水中月。

作为一项革命性技术，多材料金属3D打印绝不甘心止步于实验室，那么，这项技术在工业应用中究竟会擦出怎样的火花呢？

以航空发动机为例。

叶片、喷嘴、燃烧室等核心部件对材料性能提出了极高要求：它们必须在高温、高压、高转速等极端工况下保持优异的力学性能和尺寸稳定性。

传统工艺难以兼顾不同部位的差异化需求，造成了部分区域过热、部分区域散热能力浪费的窘境。而多材料技术则可对症下药：在外侧打印的高温合金以抵御热冲击,在内侧打印的导热材料以强化散热效果。

汽车领域同样有现成案例。

传统车用零部件往往采用铸造、锻造等工艺生产，受制于模具结构，材料分布较为单一。而多材料3D打印则突破了形状和材料的桎梏。以齿轮为例，常规淬火工艺难以实现表里兼修，表面易产生脆性，内部韧性不足。而通过3D打印梯度化成分的钢铁材料，则可使表层淬硬，里层韧化，实现硬度和强韧性的完美平衡。

结语：

纵观全文，我们梳理了多材料金属3D打印技术的发展脉络，解构了其关键工艺路线，展望了其应用前景。

毋庸讳言，从单一材料走向多材料，是一次影响深远的技术革命，它标志着3D打印正在向「材料编程」模式全面进化。

叠加AI的能力，随之而来的，是功能集成、异质构造、定制化制造等一系列新概念、新方法的崛起。

守正创新，笃行致远。对广大3D打印从业者而言，多材料技术的发展绝非一蹴而就，它需要我们跳出单一材料的固有思维，从工程化、产业化的角度重新审视技术路线图。

这不仅意味着工艺、装备的颠覆性变革，更意味着从设计、生产到服务全流程的系统性重构。

AM易道相信，种种案例表明，多材料技术正以其独特的性能优势和灵活性，为传统制造业注入新的活力。未来，随着工艺的不断成熟和标准的逐步确立，多材料定制化将在更多行业崭露头角。

• https://www.youtube.com/watch?v=TtY5nPqMvqU
• https://aerosint.com/wp-content/uploads/2024/01/New-catalog-JAN-2024.pdf
• https://youtu.be/6AnVWz6XdM8
• https://www.metal-am.com/articles/multi-material-metal-parts-by-powder-bed-fusion-new-application-opportunities/
• https://leap71.com/2023/04/20/multimaterial-metal-printing-the-future-of-additive-manufacturing/
• ‘Fabrication by Laser-Beam Melting Using the Example of Metallic Compounds with the Copper Alloy CW106C,’ Anstaett, C, Multi-Material Dissertation Technical University of Munich, 2020, http://mediatum.ub.tum.de/?id=1524471.
• ISO/ASTM TR 52912:2020 Additive Manufacturing – Design – Functionally graded
• Additive Manufacturing Animation Fraunhofer IGCV Coating principle 
• https://www.youtube.com/watch?v=pm62sRQOUgE