中国科学院金属研究所研究员张哲峰带领的材料疲劳与断裂团队，在前期疲劳损伤机制和疲劳预测理论的指导下，与轻质高强材料研究部研究员杨锐团队合作，在3D打印钛合金抗疲劳设计制备方面取得了突破性进展，制备出具有优异疲劳性能的3D打印钛合金材料。该研究首次明确提出理想状态下3D打印技术直接制备出的钛合金组织本身（称为Net-AM组织）应具有天然优异的疲劳性能，而打印过程中产生的气孔等缺陷掩盖了其自身组织抗疲劳的优点，导致实际测量的3D打印材料疲劳性能降低。因此，提升3D打印材料疲劳性能的关键在于消除打印气孔的同时，尽可能保留原始打印的组织状态。然而，目前消除气孔的工艺往往伴随组织粗化，而细化组织的处理又会带来气孔复现，甚至引发晶界α相富集等新的不利因素，可谓进退两难。研究在Ti-6Al-4V合金中首次发现，高温下3D打印态组织的晶界迁移及气孔长大与相转变过程表现出异步的特性。这意味着存在一个宝贵的热处理工艺窗口，既可实现板条组织细化，又能有效抑制晶界α相富集及气孔复现。为此，科研人员巧妙地利用这一工艺窗口，发明了缺陷与组织分步调控的NAMP新工艺（Net-Additive Manufacturing Process），制备出几乎无气孔的近Net-AM Ti-6Al-4V合金。大量疲劳实验表明，这一近Net-AM钛合金有效避免了从打印气孔、粗大板条及α相富集晶界等多种疲劳短板处开裂，展示出3D打印组织自身所特有的高疲劳抗性：其拉-拉疲劳强度从原始态的475 MPa提升至978 MPa，增幅高达106%。对比发现，这种近Net-AM组织Ti-6Al-4V合金不仅在所有钛合金材料中具有最高的拉-拉疲劳强度，而且在目前已报道的材料疲劳数据中具有最高的比疲劳强度（疲劳强度除以密度）。上述成果更新了科学家以往对3D打印材料疲劳性能不高的固有认识，揭示了3D打印技术在抗疲劳制造方面的优势，展现了3D打印材料作为结构承力件在航空航天等领域的应用前景。2月29日，相关研究成果以High fatigue resistance in a titanium alloy via near void-free 3D printing为题，发表在《自然》（Nature）上。