单步芯吸脱脂取代溶剂浴，挤出铝增材制造迎来98%致密度新突破

金属3D打印里的铝合金，一直是出了名的难烧结。

最近一支瑞士和波兰团队发现，把脱脂环节里的溶剂浸泡直接省掉，挤出打印的AA6061铝合金零件反而更致密。

这项研究由瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）牵头，这是一家瑞士国家级材料研究机构。合作方是波兰克拉科夫的AGH科技大学和瑞士西北应用科学与艺术大学。主导这项研究的是Elham Montakhab（埃尔哈姆·蒙塔卡布）、Sebastian Dariusz Linchard-Syta（塞巴斯蒂安·达里乌什·林查-西塔）、Amir Hadian（阿米尔·哈迪安）和Frank Clemens（弗兰克·克莱门斯）。

论文发表在《增材制造进展》期刊上，正式见刊是2026年10月15日。其实5月12日这篇论文就已经以预印本形式挂在预印本平台Research Square上，所以10月这版是正式发表，不是成果第一次公开。

先说说材料挤出增材制造是怎么回事。打印机先挤出一个混着金属粉末和热塑性粘结剂的生坯零件，粘结剂必须在烧结前去掉。常规做法是先泡溶剂，再在空气中烧掉。

铝合金在这里比较麻烦，因为铝容易氧化，表面的氧化层会阻碍烧结。热分析显示6061粉末在大概400°C就开始氧化，而粘结剂供应商推荐的热脱脂工艺要在500°C左右，这之间就有了冲突。

团队把气雾化AA6061粉末以60%的体积分数和三种商用粘结剂混合，分别是德国化工企业Chemische Fabrik Budenheim的EnCeram、Kcmix3.3，以及德国化学品分销商KRAHN Chemie的EmbemouldCC。

EmbemouldCC在挤出过程中发生分离，不能用。剩下两种原料造粒后，用意大利3D打印机厂商Tumaker的Voladora NX+颗粒挤出打印机打印成20毫米的圆片。

按照供应商说明书，他们先做溶剂脱脂，再在空气中350°C热脱脂。这个方法去掉了至少96%的粘结剂，但烧结密度不理想。

泡过水的EnCeram零件只有约75%密度。水把粉末表面变成了氢氧化物，加热后变成氧化物，留下一个由未粘结颗粒组成的多孔外壳。

用高纯度丙酮处理的Kcmix零件达到约94%密度，但边缘还是没有完全致密化。问题出在哪？溶剂浴留下的氧化痕迹，可能比我们想的更碍事。

于是团队把溶剂这步省了。替代方案是把打印件埋进多孔氧化铝粉末床里，在空气中做一次24小时的热处理，让液态粘结剂靠毛细作用被抽出来。

350°C下能去掉超过97%的粘结剂，而且零件不开裂、不起泡、不变形。

把温度升到400°C反而坏事。

单独测试里，铝粉在400°C下烤24小时，氧化增重约0.25%，用400°C做芯吸脱脂的零件烧结后密度更低。

在350°C芯吸脱脂之后，他们在氮气气氛下635°C烧结两小时。Kcmix零件致密度达到96.7%，EnCeram是93.6%。把保温时间延长到10小时，分别提高到97.9%和96.8%，而且从中心到边缘都很均匀。

论文作者提到，这个数字已经超过大多数文献里报告的增材制造铝合金原料的致密度。他们也说，同样的原料还能用于温压、挤出或者注塑成型。

当然，代价也有点大。

最佳结果需要24小时脱脂加10小时氮气烧结。团队目前只测了致密度和微观结构，力学性能还没测。要到工业应用，还有一道坎。

这支团队选了一条低设备门槛的路线。他们不开发新型粘结剂或专用粉末，而是把注意力放在打印和炉子之间的脱脂环节。目标是在普通挤出硬件上、空气里就能跑的脱脂路线，用市面上随便能买到的粘结剂。

要理解这个结果的价值，还得看看烧结铝这条路上的前前后后。

过去大部分进展都来自粘结剂喷射技术，而且依赖工程化粉末。Desktop Metal和Uniformity Labs都推出过用于粘结剂喷射的6061铝粉，这两家都是美国公司，前者做金属3D打印系统，后者做粉末材料。他们声称这种材料在相同热处理条件下，屈服强度和抗拉强度比锻态6061还好。

卖点是不用那些常规变通手段就能烧结，比如包覆颗粒、烧结助剂、含纳米颗粒的粘结剂，或者加铅、锡、镁。ExOne是粘结剂喷射设备商，他们的6061材料在2021年增材制造用户组大会（AMUG）上展示过福特验证的99%致密度。加拿大麦吉尔大学的测试显示，材料公司Equispheres的AlSi10Mg粉末可以不压实就烧结到95%以上。

而挤出这条路走得慢。Markforged在2017年CES国际消费电子展上发布Metal X桌面金属打印机时，6061和7075铝合金只被列为测试版材料。The Virtual Foundry是一家做金属线材的美国公司，他们在自家的Aluminum 6061 Filamet线材上试过微波烧结，想找一个更快更便宜的炉子替代方案。即便如此，铝通常还是需要烧结碳或者受控气氛，因为它会跟氧气反应。

粉末制造商已经证明铝可以烧结到高致密度。瑞士团队的发现说明，阻碍挤出路线的可能不是铝合金本身，而是脱脂这一步。

力学性能将决定这个发现有没有实际意义。

我们不是材料科学家，这一串数字背后还有不少门道，但单看这个发现，确实让人对挤出铝多了一点期待。