2020年3月，全球知名的跑车品牌布加迪，发布了一款跑车Chiron Pur Sport，全球一共发售60台，320万欧元的天价起步。

作为全球跑车中的“超跑之王”，布加迪每次发布新车，都会引起广泛的关注。但很多人没意识到，这不仅是汽车界的一场盛宴，同时也是材料学界的一场盛宴。

为什么这么说呢？因为任何一台超级跑车都是新材料的结晶。布加迪作为超跑界的领头羊，在新车中更是经常大胆地使用一些新型材料。

在2020年的这款车里，我们要探讨一个并不那么起眼、但又非常重要的车体结构，制动卡钳，它是刹车的一部分，功能就是利用阻力，让滚动的车轮停下来。这款车的制动卡钳，使用的材料是钛合金，而且还不是普通的钛合金，是3D打印出来的钛合金。

这对材料学界来说，是一个“三新”级别的突破：新材料和新工艺相结合，发掘出了新用途。这一讲，我们就来说说这件事。

还是先来说这种新材料，钛合金。

顾名思义，钛合金就是以金属钛为核心的合金，就像青铜是铜的合金、钢是铁的合金一样。在常见的金属里，钛的耐腐蚀性是最好的，不容易生锈。而且钛的强度和钢材差不多，而同等体积的钛却比钢材更轻。打个比方说，钛是50公斤级选手，钢是80公斤级的拳击选手，但上了场，他们却能打个平手。

有了这两个突出的优势，钛被添加到其他金属里后，合金的性能往往也会得到很大的提升。比如，钛和铝做成合金，就可以大幅度提高强度。

那么问题来了，为什么要在汽车的制动卡钳上使用钛合金呢？

我们刚刚说了，制动卡钳的工作就是利用阻力让滚动的车轮停下来。高速行驶的汽车，如果需要急刹车，紧急制动，需要很大的力量才能做到，而且在制动的过程中，汽车的动能会转化为热能集中在刹车盘上，产生很高的温度。在一些电影特效中，我们甚至可以看到烧红的刹车盘与卡钳，可见刹车时的温度有多高。

从技术上分析，布加迪这款车的测试速度达到了每小时400公里。这个时候踩下刹车，像制动卡钳这样的零件，光靠摩擦的温度就会接近1000摄氏度。

布加迪3D打印的钛合金制动卡钳

那也就是说，作为刹车系统的关键，制动卡钳必须要保持很高的强度，而且还要在高温下保持良好的性能。

一般汽车的制动卡钳用的是高性能的碳素钢，但碳素钢很容易生锈，使用寿命没有那么长。其他很多跑车还选择了铝合金，但铝合金在强度和耐高温的性能上都相对比较弱。

这么说起来，优秀的制动卡钳，必须同时实现多个优异性能，碳素钢与铝合金都还有些偏科。在这样的需求之下，钛合金这样的“全能型选手”就进入了工程师的视野。

我们在开头说了，布加迪的这个制动卡钳，是新材料和新工艺的结合。3D打印就是那个新工艺。

3D打印钛合金的原理，是要先把钛合金的粉末铺好，利用激光的高温把钛合金粉熔化，这样钛合金粉就可以被塑造成我们所需的形状了。每次熔化的钛合金粉都是一层，这样一层一层地让它长高，就成为立体的构造了。

这么听起来简单，但其实很难操作。因为钛合金是金属，导热性特别好，在熔化这一层金属的时候，已经成型的部分可能又会熔化，所以最终的精度很难做高。而精度又会影响强度，你想想，在制造的过程中，但凡有一层发生了轻微位移，反映在最终成品里，那就是一条裂缝。

要想保证成品的强度足够高，就要做到每一次熔化成型都万无一失。然而在只有几十厘米长的卡钳上，总共要打印的层数就有两千多层，每一次熔化的厚度，还不及一根头发丝厚，工艺上的难度可见一斑。

但如果你稍稍关注过一些科技新闻，可能会有个疑问：好像不管是钛合金还是3D打印技术，都已经出现很多年了。

3D打印技术让经典老爷车继续前行

带4.5升四缸发动机的德拉赫S型是其时代最伟大的赛车之一，也是寿命最长的：经过100多年经久的四缸，不可挽回的发动机损坏带来了最终的退出。借助逆向工程3D打印此传说终于可以重生。 该法国汽车制造商德拉赫自1905年至1935年是全世界豪门客户的独家豪华车供应

就比如钛合金，在医疗应用上已经很普遍了，像血管支架、人工骨骼这类硬质的植入体，人们普遍都选择使用钛合金。再看3D打印技术呢，花两三千块钱，你就能买一个3D打印机回家，自己做一些小工艺品。

它们两个，是哪里“前沿”了呢？

要理解这个事情，我们还是需要回溯一下历史。

钛合金的大规模应用，已经有七八十年的历史了。但是，金属钛至今还被称为“未来金属”，我们对钛合金的应用，还处于非常初级的阶段。

应用的难点主要在哪儿呢？就是钛合金的强度。

我们前面说到，高强度是钛合金的优势，但是强度太强，就导致在用车床切割加工时，切刀的磨损很严重，还切不了太精细的零件。所以，性能优异的钛合金，最常见的用途是大块的板材，比如中国国家大剧院的穹顶，就使用了大量的钛合金板材，但用钛合金做精细结构的零件并不多见。

在汽车工业领域，很多人都在这方面寻找解决办法。你可能不太了解汽车工业的特殊性，我多说两句。

汽车在制造业当中，可以说是民用技术的集大成者，很大程度上代表了先进制造业的水平。比汽车制造业规模更大的行业，没有汽车制造的要求这么精密，但是比汽车制造更精密的，都没有这么大的制造规模。所以这个领域对前沿材料的嗅觉，比其他行业要更敏锐。

早在1956年，就有人尝试把钛合金用在汽车上，那之后，很多车企都在做尝试，但无一例外，他们都失败了。现在，布加迪的新车给出了一个解决方案，就是用3D打印制造技术，来应用钛合金。

这和原来的技术差别在哪儿呢？你看，我们原来加工钛合金的方法，都是用车床进行切割，把钛合金切成我们需要的形状。这个学名叫“减材制造”，“减少材料制造”的那几个字。但钛合金太硬，很难切成我们需要的样子。

而3D打印呢，学名叫“增材制造”，“增加材料制造”。用一个通俗的比喻来解释，减材制造就像是制作石器，用合适的石料进行雕刻，哪里不需要，就把哪里抠掉；增材制造就像是制作陶器，用黏土直接捏成最终的形状，哪里需要，就往哪里加料。

也就是说，用3D打印的方式加工钛合金，一举解决了之前钛合金不容易切割的难题，这当然是前沿。

但还不止如此。用3D打印加工的钛合金，是前沿；反过来，以钛合金为原料的3D打印，也是前沿。

3D打印，只是定义了一种工艺类型，并不是具体的技术，甚至不同材料的3D打印操作完全不相干。前面说到的制陶，就符合3D打印“增材制造”的特征，但它已经有几千年的历史了。现在我们常见的那种3D打印，是用一些塑料线材作为原料的。所以，尽管我们听到3D打印的概念已经很多了，但是对某些材料而言，可能还是一种前无古人的操作方法。

也就是这个原因，以钛合金为3D打印的材料，是近几年材料学领域非常热门的一项课题。可以说，3D打印给钛合金注入了新的灵魂，让它有机会真正进入汽车领域。

那么，这次新材料和新工艺的结合，能带来哪些改变呢？

其实在2018年，布加迪就已经发出消息，计划在当年推出载有3D打印钛合金材料的跑车。不过，这个计划最终到2020年3月，也就是在这款Chiron Pur Sport上才真正成型。所以也不难看出，即使是最顶尖的工程师团队要想实现这个目标，也仍然有很多技术难点。

此前3D打印钛合金技术也被用来制造人造关节，更多的还只是科学研究。但可以肯定的是，3D打印的钛合金零件在一流超跑上的成功应用，会加速这种材料规模化应用的进度。

汽车自然不必多说，钛合金因为耐腐蚀、高强度的特点，让它也非常适用于电子设备和精密仪器。所以我认为，在可以预见的十年内，采用3D打印的钛合金会最先应用于手机、电脑这些方向上。在钛合金零件的保护之下，电子设备不容易被腐蚀，性能也会更加稳定。

而且，考虑到钛在地壳中的含量非常丰富，排在第九位，在更遥远的未来，钛合金的用途会更加平民化、个性化。家具中的铰链、铆钉等等，都会用上钛合金。到那个时候，我们生活中的主要金属将会是钢、铝、钛平分秋色的情况。

如果3D打印钛合金像铝合金一样，将来成为生活中离不开的一种材料，2020年就是3D打印钛合金走向民用工业的元年。