金属纳米颗粒在增材制造中的应用进展：性能提升、工艺优化与挑战综述

本文综述了金属纳米颗粒(MNPs)与增材制造(AM)技术的融合创新，系统分析了MNPs在SLM、DED等工艺中对材料机械强度、导电性和耐腐蚀性的提升机制，提出了解决纳米颗粒分散不均、成本控制等关键问题的技术路径，为航空航天、生物医疗等领域的精密器件制造提供了重要理论支撑。

　　

在制造业数字化转型的浪潮中，增材制造(Additive Manufacturing, AM)技术正突破传统加工方式的限制，而金属纳米颗粒(Metallic Nanoparticles, MNPs)的引入为这一领域带来了革命性变化。当前AM技术面临材料性能瓶颈——常规金属粉末制成的部件往往存在机械强度不足、热导率偏低等问题，严重制约了在航空航天精密构件、可植入医疗器件等高端领域的应用。与此同时，纳米科技的发展使人们发现，尺寸在1-100纳米的金属颗粒会表现出迥异于块体材料的表面效应和量子效应，这为材料性能调控提供了全新思路。

针对这一技术瓶颈，国内某研究机构（需根据原文补充具体机构名称）的研究团队系统研究了MNPs在AM中的集成方法与作用机制。他们发现，将Al₂O₃、TiC等MNPs通过超声分散、静电自组装等技术引入金属粉末床后，可使SLM成型件的屈服强度提升45.8%，TiN/AlSi10Mg复合材料的维氏硬度达到157±4.9 HV。相关成果发表在《Materials》期刊，为高性能复杂构件的数字化制造提供了重要参考。

研究团队采用多尺度表征与工艺优化相结合的方法：通过激光粉末床融合(LPBF)技术制备纳米复合粉末；利用电子探针微分析(EPMA)解析Y₂O₃纳米颗粒在ODS钢中的分布规律；结合有限元模拟优化激光能量吸收效率；采用原位拉伸测试评估TiB₂/AlSi10Mg的强化机制。

微结构控制
通过添加4wt% TiN NPs，成功将SLM成型铝硅合金的晶粒尺寸从12.1μm细化至1.5μm，柱状晶转变为等轴晶，实现强度与延展性的同步提升。

激光吸收增强
MNPs的局域表面等离子体共振(LSPR)效应使Al7075复合粉末的激光吸收率提升166%，显著降低SLM工艺的能量损耗。

生物医学应用
在PCL支架中掺入0.5wt%金纳米颗粒(AuNPs)，使导电性提升25%，接触角降低38%，为心肌组织工程创造了理想微环境。

电子器件性能
Ag-石墨烯复合油墨通过DED打印的电路导电率达1.98×10^-4Ω·m，达到块体银导电率的81%，实现了高分辨率柔性电子制造。

该研究证实，MNPs的精准调控可突破AM技术的材料性能天花板。特别是TiC/Ti6Al4V复合材料在DED工艺中展现的梯度界面结构，使耐磨性提升3倍的同时保持515.5MPa的拉伸强度。这些发现不仅为多材料一体化成型提供了新思路，更推动了AM技术从原型制造向功能件直接生产的跨越。未来通过开发绿色合成工艺、建立标准化纳米安全规范，将进一步释放MNPs-AM技术在太空探索、个性化医疗等领域的应用潜力。