钛合金广泛应用于航空航天领域，因其质轻、强度大而被称为“太空金属”。然而，这种材料在反复的压力下也会出现疲劳问题。中国科学院金属研究所张哲峰研究员带领团队通过一种名为“NAMP”的创新工艺，成功制备出几乎无缺陷的3D打印钛合金材料。不仅打破了钛合金比疲劳强度世界纪录，还首次实现了全应力比下的高性能抗疲劳性能，为增材制造技术在高端装备领域的应用创造了新的可能性。金属疲劳是指材料在循环载荷作用下逐渐积累损伤，最终导致断裂的过程。这个过程经常发生在材料内部，肉眼是看不见的，直到突然失效。疲劳行为很大程度上取决于应力比，即一个循环中最小应力与最大应力的比率。在低应力比下，高应力幅很容易激活持续滑移区并引起剪切裂纹；在高应力比下，高的最大应力会促进位错积累，导致解理裂纹。这种机制使得传统钛合金很难在所有工况下保持良好的疲劳性能。在工程实践中，需要设计者根据不同的应力比范围来优化材料选择和加工过程。实际工程构件的受力状态复杂多变。例如，航空发动机叶片在起飞过程中经历高应力振动，并在巡航过程中持续承受高平均应力载荷，使得预测和控制疲劳应力变得更加困难。增材制造（3D 打印）是一种通过堆叠材料来制造物品的技术一层一层地进行。可实现复杂部件的通用成型，提高设计和材料使用的自由度。但3D打印过程中，熔池冷却快，热循环复杂，容易在材料内部留下气孔、未熔合等缺陷。这些麦克风在反复应力作用下会成为裂纹的起点，严重影响元件的可靠性。因此，在过去很长一段时间里，3D打印尤其是金属材料很难大规模应用于基础零部件。