二、多材料增材制造技术将推动金属多功能化发展增材制造技术已在金属领域产生多项实际用例，并证明其显著优势。
例如GE公司为LEAP系列航空发动机打造的燃油喷嘴，将原本需要20个金属零件组装而成的组件集成为一个增材制造部件，不仅减轻了25％的结构重量，还实现了耐用性的提升。传统的增材制造技术包含多种工艺，如粉末床熔融、定向能量沉积、冷喷涂等。但不同的工艺受限于原材料和设备等因素：如必须使用某种特定材料才能实现，且得到的零部件的尺寸和外形也受到限制，制造成本往往高居不下。
图3 MULTI－FUN项目将聚焦新材料和新设备的开发，带来具有多功能性的设计
2020年7月，为推进多材料、多工艺金属增材制造的融合发展，来自8个欧洲国家的21个工业制造和科学研究领域机构联合启动了一项名为MULTI－FUN的项目。该项目为期3年，由欧盟地平线2020创新计划资助，重点实现金属增材制造领域2个重要战略目标：一是通过使用集成多种功能特性的新型活性材料，显著提高金属增材制造产品的制造效率和综合性能；二是通过开发和使用具有创新性、高效性、经济性的增材制造技术，实现多材料、大尺寸、复杂结构的协同制造。该项目设置了四个具体目标：
目标一：开发5种专门用于增材制造的新材料，其中3种将使用纳米技术。
这些材料应具有显著的热、电和耐磨性能。该工作将带来优质的金属结构材料（铝合金、低合金钢等）与相应活性材料结合的解决方案，结合纳米技术使所得新产品的效率、质量和可靠性提高至少40％，实现金属的多功能化。
目标二：开发一套增材制造设备与增材制造软件。
利用目标一中开发的5种新材料，通过5项新技术，创造至少10种新的多材料组合。再通过软硬件结合的方式，利用集成多种增材制造技术的设备，制造出至少7种面向不同应用场景的演示验证零件。该工作的核心成果是创造出集成多种增材制造技术且能够并行工作的设备。
目标三：制造和评估7个具有多材料设计且集成多种功能的演示验证零件。7种零件涵盖结构零件、模具和测试设备，涉及汽车、航空、航天和其他制造生产行业等4大领域。核心成果是利用基于多材料集成多功能，创造出提高质量和效率的新零件和新技术。
目标四：评估全寿命周期，降低增材制造技术的成本和环境影响。
通过对增材制造过程中涉及的材料、硬件设备、工艺策略、零件设计和制造等所有环节的评估，改进对原材料和资源的利用，减少对环境的影响，并将成本降低35％。该工作将加深对增材制造技术的研究和认识，辅助制订适用于多材料增材制造的行业标准并推动建立监管机构。
三、新型超轻不锈钢较传统不锈钢减重约20％
钢是全球工业化进程中的核心材料，其年产量超过18亿吨。但钢制结构的腐蚀造成的直接经济损失超过2．5万亿美元。为了满足以化工为代表的重点行业对于材料机械性能和良好耐腐蚀性能的要求，不锈钢取得了良好的发展。基于铁－铬、铁－铬－碳和铁－铬－镍体系开发的传统不锈钢，至少含有10．5％质量分数的铬，尽管发展取得了巨大成功，但也迫使不锈钢重量不断增加。同时，由于铬和镍等关键元素较为昂贵，还带来了巨大的环境和成本负担。因此发展轻量化的不锈钢对于可持续发展具有重要意义。传统的超轻钢材一般是在钢中添加轻合金元素铝实现的，但过量的铝会导致脆性问题，因此铝含量通常不能超过10％。
图 4 基于Fe–（20–30）Mn–（11．5–12．0）Al–1．5C合金微观组织随着Cr含量的增加而变化。（图片来源：《科技报告》）
为了解决这一问题，2020年11月，在韩国国防事业厅军民合作振兴院军民两用技术开发项目的支持下，韩国科技信息通信部下属的韩国材料研究所与浦项产业科学研究院合作，对钢种的碳、锰、铬等元素的添加量进行了优化，在添加超过11．5％的铝同时提升钢的韧性，将传统不锈钢7．9－8．0克／立方厘米的密度降低至6．3－6．5克／立方厘米，得到了减重超过17％的超轻质不锈钢，同时还兼具超高强度（＞1GPa）和高延展性（＞35％）。由于没有添加昂贵的镍，超轻质不锈钢确保了价格竞争力。此外，通过添加铬，钢表面形成了铝和铬含量较高的致密氧化层，确保其耐腐蚀性与400系不锈钢相当。这项研究从全新的合金设计角度出发，既突破了传统不锈钢的重量限制，同时也解决了超轻质钢材的易腐蚀和脆性问题，意义重大。新型超轻质不锈钢将优先应用于汽车、造船等行业，有望进一步提高燃油效率，降低二氧化碳排放。
