在金属3D打印中，支撑结构有时可占坯料体积的50%，连同缺陷零件一起，这些高价值的金属废料因回收困难而无法返回生产循环。俄罗斯国立研究型技术大学(NUST MISIS)的研究团队开发出一种超声雾化法，利用每秒5万次的高频振动将废金属“震”成高球形度粉末，球形度系数达0.90(1为理想球体)，为增材制造金属废料的闭环循环利用开辟了新路径。相关研究成果已发表于JCR Q1区期刊《Journal of Manufacturing and Materials Processing》。
3D打印的“富贵垃圾”难题
金属增材制造(即金属3D打印)是航空航天、医疗植入物、高端模具等领域的核心制造技术之一。然而，这项技术有一个“富贵病”——产生大量高价值金属废料。
在金属3D打印过程中，未熔合的金属粉末经过筛分后可返回工作循环。但仍有两类废料无法直接循环利用：
支撑结构：打印复杂零件时必须添加，某些情况下可占坯料体积的50%
缺陷零件：打印失败的次品件
这些废料与原始粉末成分完全相同，价值极高——尤其是钛合金、镍基高温合金乃至铂金等贵金属材料。但由于回收处理复杂，它们长期只能被废弃或降级使用，无法返回高价值生产循环。
超声雾化法的四大技术突破
NUST MISIS增材制造实验室团队由研究生、高级工程师列昂尼德·费多连科(Leonid Fedorenko)和奥莉加·巴什马科娃(Olga Bashmakova)主导研发，采用超声雾化法实现金属废料向高品质打印粉末的直接转化。
核心机理：电弧熔化+5万次/秒超声振动
该技术的核心原理分为三步：
电弧熔化：金属废料在电弧作用下熔化，形成液态金属流
超声雾化：液态金属流向下流至一个以每秒高达5万次频率振动的表面
瞬间凝固：熔融液滴在氩气保护气氛中瞬间凝固，形成微小的球形粉末颗粒
这一过程的关键在于高频超声振动打破了液态金属的表面张力，将其“震碎”为均匀微小的液滴，并在保护气氛中快速冷却定型。
球形度飞跃：从“土豆”到“弹珠”
球形度是衡量金属粉末质量的核心指标——球形度越高，粉末的流动性和铺粉时的堆积密度越好。
研究团队的实验数据令人瞩目：
再生粉末球形度系数：提升至0.90(1为理想球体)
对比优势：传统气雾化法制备的粉末形貌多为不规则形状，而超声雾化技术可获得高球形度粉末，理论上有助于提升打印件致密度与力学性能
奥莉加·巴什马科娃指出：“再生粉末颗粒的球形度显著提高。粉末材料的球形度系数越高，其流变性能和在选择性激光熔化设备中铺粉时的堆积密度就越好。”
工艺闭环：废料→粉末→打印→废料
该技术的终极目标是闭合金属增材制造的生产循环。通过超声雾化法，原本无法返回生产循环的支撑结构和缺陷零件，可被转化为高品质球形粉末，重新进入3D打印流程。
这意味着一套完整的“废料→粉末→打印→废料”闭环循环体系有望建成，从根本上改变金属增材制造的资源利用模式。
学术背书：Q1区期刊发表，俄罗斯科学基金会资助
该研究已发表于JCR Q1区期刊《Journal of Manufacturing and Materials Processing》，并获得了俄罗斯科学基金会的资助(项目编号：25-79-10304)。
从常见合金到贵金属
第一阶段：常见合金验证
据NUST MISIS增材制造实验室主任斯坦尼斯拉夫·切尔内希欣介绍，该技术目前正在常见合金上进行验证，以证明所提出方案的有效性。
战略重点：贵金属增材制造
研究团队明确指出，新方法在贵金属(如铂金)增材制造零件的回收方面将尤其具有应用前景。
铂金等贵金属价格昂贵、资源稀缺，在航空航天、医疗、化工等领域具有不可替代的地位。如果能够通过超声雾化法实现接近100%的贵金属材料循环利用，将大幅降低高端制造领域的产品成本。
产业化潜力：降本增效
球形金属粉末是增材制造的核心原材料，其粒径、球形度和流动性直接影响打印件质量。该技术的规模化应用有望实现：
降低金属增材制造的原材料成本
推动废料回收与再利用的产业化进程
减少对原生金属资源的依赖
人才培养：从实验室到产业一线
NUST MISIS“材料学、增材与跨领域技术”前沿工程学院院长亚历山大·科米萨罗夫补充道：“增材技术研究是NUST MISIS的重点方向之一。学生从一年级起就在真实设备上操作，参与科研工作，投身于国家顶尖企业集团的项目。”
这种“实验室-教学-产业”三位一体的模式，为该技术的持续迭代和产业化落地提供了源源不断的人才支撑。
重新定义金属增材制造的“成本账”
这项技术的深层价值在于重新计算了金属增材制造的全生命周期成本。过去，支撑结构和缺陷零件被视为“沉没成本”——投入了昂贵的金属粉末，却无法回收利用。超声雾化法让这些废料重获“第二次生命”，以接近原始粉末的品质回到生产循环。
在全球关键金属资源日趋紧张、供应链安全日益受到重视的当下，这项技术为金属增材制造行业提供了一把“钥匙”——打开高价值金属废料闭环循环利用的大门。
正如NUST MISIS团队所展示的：当每秒5万次的超声振动“震碎”的不只是液态金属的表面张力，更是传统“开采-制造-废弃”的线性资源模式。金属增材制造正在从“高成本的精密艺术”走向“可循环的绿色制造”。