在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域中的复杂形状部件的制造，其主要应用领域之一便是航空航天工业。由于极高高的强度-重量比以及出色的可加工性，高强铝合金在航空航天业广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍然受到增材制造工艺中几种不可忽略的问题和缺陷的限制。多年来，人们致力于减少或消除这些缺陷，从而扩大了增材制造在高强铝合金中的应用范围。 高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性 由于某些类型的缺陷会影响高强铝合金3D打印组件的质量，因此该技术在航空航天领域的使用仍然受到限制。另一个关键问题是，缺乏针对3D打印组件的全面、公认的质量标准，这限制了航空航天行业对该工艺的使用。目前，只有极少数的铝合金可以被适当地改性，同时由于3D打印过程中发生的热循环而导致的凝固相关问题，2xxx和7xxx系列合金很难通过3D打印加工。在3D打印的2xxx和7xxx高强铝合金产品中已经观察到了各种类型的缺陷，为了消除或避免缺陷并克服加工困难，需要对合金进行化学成分改性并开发相关国内工艺。 航空航天业未能广泛使用3D打印工艺来生产高强铝合金结构件的原因主要包括以下几方面： 3D打印工艺受到部件尺寸和生产速度的限制，导致该工艺在大型航空航天部件的生产中尚无竞争力。例如，通过增材制造工艺生产的最大的航空部件重约750千克，长4.7m、宽1.7 m、高0.5m。该部件旨在展示3D打印在生产下一代波音777x喷气式飞机的组件中的应用。然而，这和波音747客机64.3 m的翼展相比，相距甚远。航空航天业最重要的两个优先事项是安全保证和风险管理，这要求航空航天部件具有高精度和一致性。然而，目前只有少数几种3D打印工艺可以生产尺寸公差为30–40μm的组件，但航空航天公司要求的组件的尺寸公差通常小于10μm。因此，不能每次都获得航空航天部件的所需尺寸精度，并且为了达到所需尺寸而对零件进行机加工会导致额外的制造步骤和成本。 各工艺所能达到的最高尺寸精度 航空航天部件具有严格的质量认证体系，对于关键部件（如发动机涡轮叶片）非常重要。然而3D打印在航空航天业中的质量管理和认证方法仍在制定中，其复杂性在于缺乏关于增材制造的航空航天部件的失效机制，特别是对疲劳失效的理解。 近年来，已经建立了许多与金属增材制造有关的标准。但是，其中只有少数几个适用于航空航天领域，包括SAE AS9100和MSFC-STD-3716。标准的不足严重影响了3D打印工艺的广泛应用，制造商也多将重点放在开发此类标准上，以推动技术发展。与此同时，由于增材制造过程中物理过程的复杂性，现有的无损检测手段在孔隙、气体夹杂和裂纹等缺陷检测中可能存在问题，需要制定专门的测试方法。 高强铝合金增材制造过程中产生的主要缺陷 由于制造过程和合金本身的特性，在2xxx和7xxx高强度铝合金的3D打印零件中会发生几种类型的缺陷，包括开裂、孔隙、球化以及挥发性合金元素的氧化和蒸发等。 1. 开裂 在3D打印过程中会由于多种原因而产生裂纹，其中包括孔隙的存在（充当裂纹的起始位置）以及制造过程中加热和凝固的影响。铝合金3D打印过程中的裂纹可分为液化裂纹和凝固裂纹。液化是当施加热量时微观结构中某些成分的选择性熔化。例如，具有低熔点的第二相粒子或具有高偏析度的晶界可能具有比基体低得多的熔点，因此开始局部熔化，从而导致这些位置处的脱粘。液化裂纹的倾向与合金元素的高浓度和可热处理铝合金的高热导率特性以及高激光功率和/或高扫描速度有关。相比之下，凝固裂纹发生在凝固的最后阶段，此时液体流动不足以填充凝固金属之间的间隙，这种类型的裂纹与较大的凝固范围有关。凝固裂纹是高强度铝合金增材制造中非常普遍的现象，特别是对于2xxx铝合金。在合金的凝固过程中，柱状晶粒沿热梯度方向扩展，同时沿晶界收缩，从而导致裂纹形成。在凝固的最后阶段沿着晶界可以观察到凝固裂纹的形成和扩展。 3D打印铝合金零件中的裂纹 2. 孔隙 孔隙是高强度铝合金增材制造中最常见的冶金缺陷之一，特别是在涉及激光的情况下。它可以分为收缩孔、气孔和熔合缺陷。与孔隙形成有关的几个因素包括扫描策略、热裂解、扫描速度以及所用的保护气体等，即使优化了工艺参数，仍然可以观察到一定程度的孔隙。在SLM工艺中，孔隙的常见类型是锁孔和冶金孔。激光扫描后形成的气孔会留在零件表面以下，其中锁孔（> 100μm、形状不规则）大多在快速的激光扫描速度下形成，而冶金孔（<100μm、球形）多在缓慢的扫描速度下形成。由于铝合金粉末的不完全熔化或层与层之间的熔合不良，可能会出现其他类型的孔。 3. 球化和卫星球 考虑到最小表面能的原理，当与基材接触不良时，由于表面张力，3D打印过程中的液态金属可能会收缩为球形，这就是球化现象。球化作用会导致铝合金表面熔合不良，固化层表面粗糙，从而导致零件质量降低。高强铝合金在3D打印过程中的球化通常与熔化过程有关，同时，液滴飞溅和润湿性差也可能导致形成球化现象，当下部熔池中达到足够的熔化水平时，球化现象会减弱。卫星球的产生是另一钟表面缺陷，就微观结构和形态而言，它与球化略有不同。卫星球表面缺陷是由粘附在表层的粒子组成，并高度依赖于扫描速度。有关研究指出，在扫描速度为250 mm / s的情况下，观察到AlSi10Mg中卫星球的形成要比500 mm / s或750 mm / s时少得多。 a）扫描速度为750mm/s时AlSi10Mg中的球化和卫星球缺陷（b）6061铝合金氧化膜SEM图像 4. 氧化 另一个降低铝合金3D打印零件质量的问题是打印过程中发生的氧化。 氧化铝的热力学稳定性使得难以除去铝合金粉末表面产生的氧化膜。有研究人员分析了激光熔合6061铝合金和Al-12Si过程中熔池各点氧化皮的形成机理。在他们的研究中，熔池表面的氧化皮咋激光照射后蒸发，确定了搅动熔池的Marangoni力是破坏氧化皮的最可能原因。氧化物由于残留在熔池两侧，形成了区域性的孔隙。 在打印过程中，虽然腔室中充入了惰性气体，但粉末中仍有0.1–0.2％的氧气残留，这也导致了在逐层熔化的过程中存在氧化的发生。此外，氧化还会导致合金粉末团聚，使铺粉变得不均匀，导致零件的结构完整性和精度下降。 铝合金不同区域的熔化和润湿是通过氧化物的解离或破坏来控制的，而不是通过不同区域的熔化。通过控制氧化膜的形成，可以调节铝合金打印零件的质量，因此，需要密切关注打印过程中的氧含量。 5. 挥发性合金元素蒸发 在应用相对较高功率密度的增材制造工艺中，如果合金中某些元素的熔点低于合金母材熔点，则可能会发生选择性蒸发。由蒸发引起的成分变化将改变材料的耐腐蚀性、机械性能和凝固组织。目前研究主要集中在高强铝合金SLM加工过程中挥发性合金元素（如Zn、Mg和Li）的蒸发，目的是提高材料的加工性能。有研究人员评估了几种用于SLM的高强铝合金的适用性，打印后化学成分发生了明显变化，尤其是锌和镁的含量。   SLM工艺后高强铝合金化学成分变化（wt％） END 在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域的复杂形状部件制造，其主要应用领域之一便是航空航天业。由于极高的强度-重量比以及出色的可加工性，高强铝合金在该领域广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍然受到几种不可忽略的问题和缺陷的限制。多年来，人们致力于减少或消除这些缺陷，从而扩大了增材制造在高强铝合金中的应用范围。 在后续的文章中，我们将介绍最小化或消除缺陷的方法，也可进入QQ群提前查看相关资料。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址：延伸阅读： 1.铝合金大尺寸构件3D打印一体化制造的需求、限制因素及进展 2.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 3.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 4.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择

近日，Desktop Metal宣布Ti64钛合金已适用于其桌面金属3D打印系统，可为客户提供最简单的方法来打印小批量高性能金属零件以进行预生产和最终用途应用。随着Ti64在下个月开始发货，Desktop Metal将成为第一家将钛合金商业化用于挤出式金属3D打印的公司。 钛合金桌面金属3D打印的难点 采用基于挤出的桌面金属3D打印工艺处理钛合金一直存在挑战，这种材料的粉末形式具有极强的反应性且难以烧结。3D打印技术参考通过升华三维了解到，钛合金的打印和烧结过程对氧含量很敏感，如果过程控制不好，便难以实现零件致密化以及好的延伸率；设备稳定性、温度均匀性都是考量指标。 Desktop Metal指出，由其第二代桌面金属3D打印系统Studio System2生产的Ti64具有卓越的机械性能，拉伸强度、屈服强度以及断后伸长率分别达到730Mpa、845MPa和17%。这些数据超过了ASTM F2885-17为金属注射成型外科植入物应用设定的标准。 桌面金属3D打印的Ti64拉伸曲线 桌面金属3D打印的Ti64微观组织 桌面金属3D打印的Ti64性能与MIM工艺和行业标准对比 使用桌面金属3D打印系统来打印Ti64钛合金来开发应用，具有比使用传统粉末床熔融（SLM/EBM）3D打印设备更低的使用成本和运营成本。Desktop Metal自推出桌面金属3D打印机以来，已被福特、宝马、伊顿、谷歌、3M、史丹利、洛克希德马丁以及世界领先的教育机构，如麻省理工学院(MIT)、米兰理工大学等30多个国家的数百家客户采用。 钛合金桌面金属3D打印的应用案例 • 机器支架 该支架使用晶格填充和钛合金打印代替17-4PH不锈钢，能够减轻重量并减少材料的使用量，同时可以保持所需的功能强度和刚度。由于结构的复杂性，传统制造工艺不可能完成生产，使用Ti64在Studio System2上3D打印这种新设计将零件重量减轻了59%。 桌面金属3D打印的Ti64机器支架 •望远镜对焦环 小型望远镜聚焦环将镜头固定在移动望远镜上，该望远镜具有多个用于定位和聚焦镜头的电机。采用Ti64 3D打印的对焦环可确保所有组件具有极轻的重量，从而可以使用更小的电机，减少组件的磨损和组装的总成本。通常，该部件需要小批量生产，因此需要购买昂贵的工具或定制夹具。Studio System 2则在不到24小时内打印了多达六个对焦环，并可以在几天内完成后续处理实现安装。 •无人机联轴器 无人机面临的主要挑战之一是电池寿命，这主要取决于无人机的重量。用钛合金制造的联轴器可以显著减轻重量，同时保持无人机框架所需的结构刚度。Studio System 2支持每周实现15到25个零件的小批量生产，然后再将其投入批量生产，所有这些过程都不需要任何工具或机加工。 桌面金属3D打印的Ti64零件 •喷油嘴 燃料喷射器喷嘴对于航空航天工业的安全和可靠运行至关重要，它们负责将燃料驱动到燃烧器中进行推进。该部件包含内部通道，可提高燃烧器的性能，但无法使用传统工艺制造。钛合金是该应用的重要材料，因为喷嘴需要能够承受极端温度和压力，同时保持轻量化。使用Studio System 2，工程师可以在短短几天内测试喷嘴的多种设计变化，并在不到24小时内打印多达四个版本的喷嘴。 第二代桌面金属3D打印系统及其材料 第二代 Studio System 2 保留了上一代打印机的所有关键功能，同时采用了全新材料配方，其中的关键在于，以前的材料中包含了蜡、树脂以及金属粉末，采用的是脱脂方法是溶剂脱脂。溶剂脱脂在所属的行业中实际上是上一代工艺，脱脂时间长，不仅拉长了整个产品生产周期，还制约着可生产产品的壁厚或者尺寸，使得基于该工艺的技术只适合成形尺寸小、壁薄且厚度均匀的零部件。而脱脂工艺的不同，依赖于3D打印线材中的粘结剂成分。 关于脱脂问题，点击《焦点关注：第二代桌面金属3D打印解决方案》 Desktop Metal指出，其优化后的材料配方无需使用溶剂处理，打印完成可直接送入烧结炉进行处理，实现了脱脂烧结一步完成。因此，这套系统只包含打印机以及烧结炉。Desktop Metal对该产品鼓吹的重点一直都是适合办公室使用的增材制造系统，此类工艺确实避免了对粉末和激光的暴露风险。新设备还升级了文件处理功能，以实现零件在烧结过程中更均匀的收缩，并提高成功率；同时有助于提高零件侧面以及支撑面的表面质量。 DesktopMetalStudio System系统开发的应用 棒材在打印头内传输示意图 采用桌面金属3D打印机制造的零件，经脱脂烧结后具有与铸件相似的机械性能，并达到或超过了相关行业标准。Desktop Metal的Studio System系统除可打印Ti64钛合金之外，还支持打印316L及17-4PH不锈钢、4140低合金钢、H13工具钢以及铜合金。 END Ti64钛合金基于桌面金属3D打印仍充满挑战。业内知名的早期设备制造商Markforged、后旗之秀Raise3D等至今未推出该材料，BASF也仅有316L不锈钢线材；而据3D打印技术参考了解，针对于钛合金桌面金属3D打印，国内升华三维已经取得了一定进展。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.焦点关注：上海复志将推全球第二代桌面金属3D打印解决方案 2.纯铜3D打印工艺的发展：从SLM、3DP、FDM到DLP 3.基于烧结工艺的FDM和粘结剂喷射金属3D打印的工作原理 4.工艺创新：将FDM 3D打印技术的潜力开发到极致

在工业生产中，很多原型样件或是终端部件对材料的性能都有着较高的要求，例如需要拥有足够的硬度去满足静力负荷，此外，在制作需要抗弯曲的坚固和坚硬零件原型时，需要兼具一定的耐热性和耐化学性，并且在负载下尺寸稳定，而这些，一般的标准树脂无法满足需求。 近日，国内DLP光固化3D打印黑马企业Rayshape创新性的推出了一款高刚性树脂Rigid 20，不仅能够满足以上要求，更将自有3D打印机推向了更高阶的应用，使得办公室内就能快速加工终端部件。 高刚性3D打印树脂的性能特点 Rigid 20具有极佳的刚度表现，弯曲强度有140 MPa，缺口冲击为19J/m，热变形温度可达110℃，同时兼有变形率极低、尺寸精度高、细节表现力好的特点。化工巨头赢创在2021 TCT展上推出一款高刚性能光敏树脂，其物理性能据称接近尼龙玻纤，Rayshape的Rigid 20材料与之定位相同，具有相似的力学性能。 【参数对比】【Rigid 20对比赢创刚性树脂雷达图】 实验对比，直观了解Rigid 20的高性能表现 通过试验对比可以一窥这款树脂的性能特点：分别用Rigid 20和常用的SLA标准白色树脂材料打印出C形件来置放重物，该重物约为500g。肉眼可见的是，Rigid 20的C形件就没有变化，而SLA标准材料打印出来的C形件则明显弯曲。 【C型样件施加重力对比】 将此C形件放入开水中，SLA标准材料变形明显，Rigid 20无明显变化。 【C型样件放入高温水中测试对比】 由此可见，该款材料具有较高的刚性与耐温性能，且蠕变较低。 • 高刚性 在健身房或者居家锻炼时，我们时常会用到哑铃，而为了让哑铃不占空间，我们需要用哑铃架将哑铃转移摆放，这时候，一个刚度足够且能承受相当重量的哑铃架便是一个好帮手。 【哑铃架挂抬哑铃】 在实际生活中，会用到具有较高刚度的物体来处理硬质物体，而用刚性材料Rigid 20制作的开核桃器，则充分展现出Rigid 20高刚性的特点。核桃在器物旋钮下，不一会儿就碎裂。 【用Rigid 20制作的核桃器开核桃】 在工业端，常会用到法兰双向连接器夹，它的作用是用于管道的连接和固定。能承受一定的冲击、震动、弯曲，安装简便，将螺栓拆下包裹住管道然后再紧固螺栓即完成操作。这类连接器通常需要较好的刚度，以此保证固定不变形。 【法兰双向连接器夹】 除此之外，Rigid 20还有许多优异性能。 •超精细 【可用于制作满足精密航空需求的连接器】 【文创产品细节表现力优异】 【可打印出0.2mm的精细网状精细件】 •低蠕变 【该薄片件打印完成后非常平直】 •耐温性 【叶轮】 •耐候性 【蓝锐农业机器人可长期在高湿高热的大棚内作业（由于客户专利保密遂截取了国外类似设备视频）】 可以说Rayshape Rigid 20的问世填补了高刚性光敏树脂材料的需求缺口，这款高刚耐温、超精细、低蠕变的光敏树脂材料，可用于工业制件制造。同时，该材料支持Rayshape全系列设备产品3D打印，且工艺参数均已内嵌，可一键轻松3D打印。 【Rayshape产品线】Rayshape研发团队用丰富的化学专业知识为新材料的开发工作提供了关键性支持，也为市场带来性能出众的特色产品，帮助终端客户开拓性的应用领域。据悉，该公司2020年营收超过1000万元，并完成超过1000万元的融资。未来，Rayshape还将推出多款功能性光固化材料，致力于终端产品的制造。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.福特采用大幅面（1m³）3D打印机制造夹具和固定装置 2.华南理工增材顶刊：1.3GPa！增材制造高强、高耐磨SiC增强不锈钢！ 3.旨在替代金属，世界最大高性能聚合物3D打印机的成型尺寸达1 x 1 x 1 m 4.以面成型：让液态树脂、高分子粉末和金属材料3D打印的速度和规模呈百倍增长

在汽车开发过程中，工程师需要大量定制化合适的生产工具，这些工具往往是针对特定的任务和模型而设计的。仅福特福克斯的系列生产就需要50多种不同的装配工具，这些工具最初都在试点工厂进行开发，之后再在所有欧洲工厂进行现场3D打印。 通过外部制造商采购这些工具需要大量时间，成本高，并且会减慢开发进度。为了优化工作流程，福特的增材制造团队将Ultimaker、BigRep等品牌打印机集成到工作流程中，用于设计和制造装配工具，如夹具、治具和量具。一般而言，这些工具设计复杂，而且成本效益高、生产速度快且能直接在现场生产。 由于工件数量较少，3D打印制造的花费相对较低；比传统方法制造的工具更轻，且能更快适应额外需求。与常规生产的传统工具成本相比，每件工具能节省1000欧元用于打印装配辅助工具，如夹具和治具。从原先平均10周的包括设计与制造在内的外部合同，到现在即使是复杂的装配夹具，最迟也能在10天之内完成。福特如今采用的Bigrep pro3D打印机成型尺寸达1立方米，完全能够用于打印大型工业零件。 Bigrep pro 3D打印机成型尺寸达1立方米 Bigrep打印的大尺寸汽车定位工具 FDM 3D打印的优势在于材料。大量的耗材和广泛的材料特性为实际应用提供了正确的解决方案。仅采用一种增材制造工艺，生产设备便可满足最多样化的应用和操作环境的要求。耗材及其材料性能的范围几乎无止尽：强度、弹性、耐热性、强度、回弹性、耐久性，皆在可预期的变化范畴中。对于3D打印技术而言，至关重要的一点是能在不损失材料性能的情况下，保质保量地进行打印。 FDM3D打印机使用的另一个关键因素是开放式的耗材系统，3D打印生产工具可单独适用于来自不同材料制造商的具有不同材料性能的耗材，以实现各自的应用和制造。3D打印机的这一特征在生产设备、工具和装配辅助方面尤为突出，展示出增材制造过程存在的颠覆性潜力，并已经带来了示范性的改变。特别是在装配工具方面，应用程序不仅形式非常多样化，而且适用范围特别广泛。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.视频：探访通用汽车专用于增材制造的新工厂 2.FDM 3D打印技术如何助力汽车行业应用 3.宝马故事：还在专注锻造？不，它早已将3D打印规模化应用在日常生产中 4.大众汽车首次在生产中全面使用粘结剂喷射金属3D打印

2021年6月10日，美国防部研究与工程副部长办公室发布国防部5000.93指示《增材制造在国防部的使用》，该指示作为首份面向增材制造（AM）的顶层政策文件，就增材制造在国防部的实施和应用制定政策、明确责任并细化程序。5000.93指示是对国防部1月发布的《国防部增材制造战略》的进一步落实，将有力推进增材制造在装备研制、保障、战备中的高质量协同发展、安全应用和稳定供应，支撑应急能力采办和中间层采办等程序的快速应用与部署需求，以及以数据、模型为驱动的数字工程转型目标。 5000.93指示《增材制造在国防部的使用》文件首页（美国防部图片） 一. 指示发布背景 1. 增材制造是加速创新和提升战备水平的重要支撑技术增材制造作为一种可以快速、按需且可定制的制造手段，能够直接支撑美军的后勤和作战改革，短期看可快速使用以满足战备需求，长期看可通过创新设计改进系统。广泛使用增材制造给美军带来的预期优势至少包括：驱动更具杀伤力系统的设计创新，提升装备完好率，赋予作战人员在战区现场敏捷解决问题的能力。此前，国防部牵头成立国家增材制造创新机构，并先后发布《国防部增材制造路线图》、《增材制造标准化路线图》、《国防部增材制造战略》等文件，稳步持续地推进增材制造的发展和使用已是美军共识。 根据国防部推进增材制造的途径，当前已处于第二阶段。未来，各军种与业务机构还将制定详细执行计划，并在每年列出优先级清单，支持预算和资源的分配（美国防部图片） 2.《国防部增材制造战略》的落地实施需要政策明确规范与引导2021年1月，隶属美国防部研究与工程副部长办公室的国防制造技术项目办公室发布《国防部增材制造战略》，提出 “将增材制造集成到国防部和国防工业基础中、协调国防部和外部合作伙伴的增材制造活动、推动和促进增材制造的敏捷应用、提高增材制造应用熟练程度、加强增材制造工作流的安全性”五项战略目标，旨在促进建立更敏捷、适应性更强和更一致的国防供应基础，使增材制造广泛应用于武器系统创新设计，提高系统可靠性和作战能力。目标已明，关键聚焦领域与工作流程的建立还需出台政策进行规范引导，以细化需求方与责任方的职责与义务，建立统一的标准框架和协作机制。 2021年1月，《国防部增材制造战略》提出五项战略目标（美国防部图片） 3.国防采办改革与数字工程转型要求实现快速、数字制造为落实大国竞争战略和新兴技术快速发展的需要，美国防部在2018年提出数字工程战略，大力推进以数据和模型为核心谋事做事的转型；2019年底以来，国防部对采办政策进行了重大改革，建立了应急能力采办和中间层采办程序（采办周期为2-5年），凸显出灵活、快捷、安全的采办理念。增材制造作为新兴的数字制造手段，是满足数字、快速采办需求的重要途径，发布专项政策来推进建立安全、规范的采办流程，管理并维护核心数据源十分必要。 美国防部意在结合先进技术和数据交换共享等核心能力实现数字赋能的未来（美国防部图片） 二.主要内容与职责 1.国防部政策 通过5000.93指示，美国防部旨在： ——推进增材制造的应用来支持联合部队司令官和作战指挥官的战区需求、变革维修模式和供应链、增强后勤弹性、提升各军种的自主保障和战备能力； ——应用增材制造提升国防工业基础，提高武器系统的作战及持续保障能力； ——确保增材制造计划、项目和需求具备充分的资源； ——开展教育、培训及认证国防部增材制造人才队伍； ——确保国防部网络-物理基础设施和流程的安全性，支持增材制造在武器系统寿命周期中的使用； ——开发并使用有益于武器系统作战或保障能力的增材制造技术； ——通过增材制造社区开展合作并分享最佳实践； ——保护国防部在增材制造技术开发方面的投资，避免技术外泄。 2.主要职责分配针对以上主要事项与目标，5000.93指示明确了国防部研究与工程副部长、国防部首席信息官、国防部采办与保障副部长、国防后勤局以及参联会主席等各增材制造需求方或程序实施攸关方的职责。其中：国防部研究与工程副部长（USD(R&E)）总体负责国防部增材制造应用政策的维护，以及合作交流、供应链集成、教育培训、认证鉴定、标准与指标编制等具体工作的协调与监管，并将增材制造纳入数字工程相关政策和指南。此外，国防部研究与工程副部长要确保在武器系统采办的设计和工程阶段充分考虑增材制造的各种能力和流程，并充分记录增材制造生产的各种零件，为保障工作提供支持。国防部研究与工程副部长还需要组织并指定增材制造联合工作组(JAMWG)主席，以在国防部的联合监督下开展协作，分享最佳实践方法。特别地，国防部研究与工程副部长、各军事部门和国防后勤局(DLA)需要共同定义一个通用的国防部增材制造数据框架，包括增材制造数据管理最佳实践方法，以便在整个国防部内部安全地共享增材制造数据。国防部采办与保障副部长（USD(A&S)）牵头负责整个采办和保障组织体增材制造的协作工作，包括更新和维护相关政策；酌情推动使用增材制造来满足武器系统性能和保障要求；为特定的增材制造数据类别建立并维护包含商定价格和相关权限许可的数据库；将增材制造纳入知识产权政策和指南；评估国内增材制造设备和材料的工业制造能力，以打造一条能力强大且具有弹性的增材制造供应链；指导国防采办大学开展相关培训等。国防后勤局局长负责将增材制造纳入供应链，确保供应商生成的增材制造数据由国防后勤局提供给适当的国防部下属组织；开发、维护和管理联合增材制造模型交换（JAMMEX）系统门户网站，用于共享经批准的增材制造数据集和其他安全、可互操作的数据管理能力；牵头制定通用数据要求和验收标准相关流程和指南；识别最佳实践方法并根据需要修改系统和流程，将增材制造能力与供应链信息技术架构、业务支持系统和流程集成。国防部首席信息官（CIO）负责制定各种网络安全要求和标准，发布国防部“全球信息网格的通用集成信息计算和通信环境”指南，以在必要时为增材制造技术的实施提供支持。国防部具有相关需求的部局负责制定和审查机构层级的持续保障计划；建立和维护必要的数字、网络物理和整体网络基础设施；指导如何使用增材制造数据框架；推动增材制造能力与企业架构和业务支持系统和流程的集成；协助定义有关增材制造实施进度和结果的各项通用指标，按需跟踪和报告有关指标的数据。参谋长联席会议主席负责与国防部长办公厅合作推进联合部队的增材制造技术和创新；与军种采办负责人合作，确定与联合项目相关的寿命周期保障计划中增材制造的适用性；支持在作战司令部（CCMD）内部执行各种战区保障计划，促进增材制造在作战行动中的使用。 三.程序与指导 围绕增材制造推广使用中涉及的采办、研究与工程、供应链、数据管理、数据与设备安全、规格与标准、培训与教育以及合作等主要流程与要素，5000.93指示制定了相应的程序与指南，系统地指导各相关责任部门领导推进面向增材制造的设计、合同要求、数据管理框架、材料与工艺研究、质量鉴定与认证、增材制造供应链集成、跨域模型交换、网络风险评估、标准制定、知识体系构建等工作。 1.采办中的增材制造增材制造应被纳入采办过程，并充分考虑增材制造可能对武器系统设计产生的影响，以及合同或协议如何解决维修和持续保障期间增材制造零件和数据的可用性问题；确保合同包含并明确规定足以实现增材制造的数据要求，酌情包括一份增材制造数据管理计划；确保合同条款详细说明了需要标识的零件，这些零件在材料清单、构型管理文档和其他相关增材制造数据中明确使用增材制造进行生产，或者可能使用增材制造进行生产；确保增材制造数据要求包括测试要求和验收或拒收标准；仅获取必要的增材制造数据和相关许可权来满足机构的各项需求。2.研究与工程开展材料和工艺特性研究，提高增材制造工艺和零件质量的可靠性，加快鉴定和认证过程；对增材制造采取国防部通用的风险定义，并制定政策来定义使用增材制造零件所需的鉴定、认证、风险评估和批准权限级别；使增材制造的鉴定程序和验收标准与各项通用标准、规范和实践方法保持一致。3.在供应链中集成增材制造使用经批准的增材制造零件来源，以完善供应链流程和程序，满足装备战备需求；充分利用现有的增材制造能力，并根据需求的紧迫性制定支持快速生产增材制造零件的流程和程序；监控增材制造供应商的实施、使用、绩效和效能；向国防后勤局和适当的国防部供应组织提供增材制造零件数据和增材制造需求信息，并在必要时通过国防后勤局在国防部内共享；制定通用的增材制造数据标准和要求以及增材制造零件验收标准；记录并维护一份已成功交付增材制造零件和增材制造原材料的来源清单；定义有关增材制造实施进度和结果的通用指标，并根据需要嵌入各个流程来跟踪和报告增材制造的指标数据。 2021年2月，ExOne公司获得美国国防部合同，用于开发可部署在集装箱内的完全可操作、独立的3D打印工厂，集装箱工厂可通过陆海或空运直接部署在现场，用于制造支持战区、灾难救援或其他远程操作的部件（ExOne公司图片） 4.数据管理确保增材制造活动符合有关数据访问和技术数据、计算机软件和其他知识产权的所有法律、法规、政策和相关合同条款要求；充分利用国防部核心知识产权的资源；使用与国防部数字工程战略和实施计划一致的某种基于模型的工程制造工具集；开发、使用和支持联合增材制造模型交换（JAMMEX）系统和其他安全、可互操作的数据管理能力，并将基于通用数据框架的相关数据连接到每个组织内部的权威数据存储库和系统。5.数据与设备安全提供安全可靠、可互操作的数字化商业信息和数据系统，包括但不限于联合增材制造模型交换（JAMMEX）系统；根据需要对增材制造数据系统和设备的现有网络安全流程和政策进行更改，并定期开展基于任务的协作网络风险评估。6.规范与标准在最大程度上使用与增材制造相关的非美国政府规范和标准；如果缺少现有的规范或标准，可通过非美国政府的标准组织来制定此类规范或标准。7.培训与教育为国防部使用增材制造或承担增材制造相关职责的适当劳动力提供培训和认证，包括管理人员、工程设计人员、设计人员、操作人员、维修人员和采办专业人员；创造各种研究和教育机会，提高增材制造社区的技术水平和技能。8.协作通过增材制造联合工作组（JAMWG）和联合国防制造委员会（JDMC）积极开展协作，共享增材制造的最佳实践方法。 联合国防制造委员会（JDMC）、增材制造联合工作组（JAMWG）与细分领域的组织关系和成果物（美国防部图片） 结束语增材制造作为能够颠覆研制、生产和保障模式的前沿技术，受到了美国防部的长期重视。5000.93指示的发布标志着国防部对增材制造的规划布局已经从技术与标准探索阶段、形成战略共识阶段进入到政策落实与执行阶段。1.“同文共轨”-通用数据框架与标准规范是增材制造向供应链集成的关键5000.93指示强调由国防部研究与工程副部长牵头与各军事部门和国防后勤局共同定义一个通用的国防部增材制造数据框架，并推动建立一致的增材制造鉴定、认证和风险管理方法。此外，国防后勤局将基于数据框架开发联合增材制造模型交换（JAMMEX）系统，使国防部各实体安全地访问和共享经批准的增材制造数据集和其他安全、可互操作的数据。可互操作的数据管理能力将有助于国防部实体使用通用数据管理最佳实践方法和构型控制，根据需要安全地访问和共享、购买或许可使用增材制造数据，支持打造能力强大且具有弹性的增材制造供应链。2.“通功易事”-国防部各部局分工明确、协作共享，齐推增材制造使用5000.93指示明确了国防部使用和发展增材制造的各项职责，研究与工程、采办与保障、数据收集共享、信息安全等事项均有明确分配；协作机制方面，指示强调由国防部研究与工程副部长牵头组建增材制造联合工作组(JAMWG)作为国防部的联合增材制造论坛，并要求采办与保障副部长与国防后勤局、提出增材制造需求的各军事部门、国防部各直属局和国防部外勤机构相关负责人参与，以在国防部的联合监督下开展协作，分享最佳实践方法。国防部内相关部门各司其职同时协调配合，为联合推进增材制造的发展使用提供了有力保障。3.“相辅相成”-天生的数字制造技术已成为数字工程转型的重要抓手5000.93指示要求将增材制造纳入数字工程政策和指南，使用与国防部数字工程战略和机构层数字工程实施计划一致的某种基于模型的工程制造工具集，并将相关数据输入权威数字数据库。不同于传统制造方法，增材制造是天生的由数据驱动模型、进而驱动制造的数字制造手段，这一优势契合了国防部建立权威数据源并以数据模型驱动决策的数字工程转型战略，更易融入数字采办流程中；反之，数字工程转型建立的工具和数字线索方法也能为增材制造的使用赋能。5000.93指示顺应了国防部采办改革中对灵活、快捷采办的需求，并与数字工程战略联动实施，将持续加速增材制造向装备现代化治理中转化与集成，支撑建立更敏捷、适应性更强的国防工业基础。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.美国防部授予ExOne粘结剂喷射3D打印移动方舱制造合同 2.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 3.GE 增材：连续增材生产是一场马拉松，而非短跑冲刺 4.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说

近日，华中科技大学魏青松、蔡超教授团队提出了一种热等静压和固溶热处理相结合的两步热处理方案，经处理的3D打印镍基合金零件不仅消除了裂纹并且同时提高了室温和高温力学性能，其中900℃时，试样的抗拉强度和延伸率分别提高了11.9%和410.0%！ 本期，3D打印技术参考邀请论文作者孙闪闪对该研究进行剖析。 镍基高温合金具有优异的热稳定性和抗热氧化性，已被广泛认为是制造航空航天发动机关键热端部件的首选材料。这些具有复杂几何结构和可靠力学性能的镍基高温合金部件的快速和低成本制造是其工业应用的致命弱点。例如，喷气发动机镍基高温合金涡轮叶片的随形冷却通道的制造需要复杂的陶瓷模具制备、熔模铸造、高温热处理和精密加工等工艺路线。每道工序都必须在严格的工艺控制下完成，材料利用率低，最终仅有约10%的高温合金原料成为产品。 激光粉末床熔融（LPBF）理论上可以创建任意复杂的几何形状。简化的制造模式、复杂结构的制造能力和近100%的材料利用率使该技术成为制造复杂结构金属部件的理想选择。通用电气(GE)利用LPBF技术批量生产了其下一代LEAP喷气发动机的燃料喷嘴。燃油喷嘴的部件数量从18个减少到一个整体，这使得燃油喷嘴的重量减少了25%，耐用性增加了5倍，燃油效率提高了约15%。然而，LPBF技术成形镍基高温合金中普遍存在着微裂纹缺陷问题，严重降低了镍基高温合金的力学性能，阻碍了其在在航空航天领域的广泛应用。 通常，镍基高温合金LPBF过程的高开裂敏感性主要与3种不同的机制有关：凝固开裂、液化开裂和应变时效开裂。在LPBF过程中，快速冷却/凝固导致了凝固裂纹的产生，液体在已经凝固的枝晶之间被困住。这些脆弱的糊状区域在较大残余应力的作用下容易发生撕裂，进而产生凝固裂纹。在晶界处因于成分过冷，往往易形成的低熔点的碳化物等相，当激光能量从当前层渗透到之前凝固层时，晶界处的低熔点相被重新熔化为液体，在拉应力的作用下将产生液化裂纹。冷裂通常是由于LPBF过程中较大的温度梯度和快速熔化/凝固诱发的残余应力超过材料的极限抗拉强度而导致的开裂。仅通过优化LPBF技术参数很难完全消除成形件中的微裂纹缺陷。 不同参数下GH3536样品的光学图像显微形貌 以往的研究表明，对镍基高温合金进行合金成分改性以抑制微裂纹的萌生和扩展理论尚不成熟和完善。热等静压(HIP)是利用高温和压力的结合效应为消除LPBF成形零部件中的孔隙或微裂纹缺陷提供了另一种有效且易于操作的解决方案。有研究发现，对LPBF制备的Hastelloy X合金进行HIP处理，消除了所有裂纹，而屈服强度发生了降低。强度下降的原因是热等静压后晶粒粗化、位错网络消失和晶界碳化物富集。这表明，需要进一步热处理，以改善不良组织，以获得理想的力学性能。 在该背景下，华中科技大学魏青松、蔡超教授团队提出了热等静压（HIP）和固溶热处理(SSHT)的两步热处理方案，获得了具无裂纹、力学性能优异、过饱和固溶体的LPBF镍基高温合金部件，同时提高了合金抗拉强度和塑性。 第一步热等静压处理的目的是消除微裂纹，提高塑性；第二步固溶热处理的目的是改善组织，提高合金元素的固溶程度、增强强度。选用与Hastelloy X成分相同的固溶体镍基高温合金GH3536作为实验材料。建立了GH3536合金LPBF的加工窗口。深入揭示了热等静压和固溶处理GH3536合金中元素分布、晶粒、碳化物和微裂纹的演变规律，详细揭示了室温(20℃)和高温(900℃)下拉伸性能与微观组织的关系，系统地分析了高温拉伸测试中出现的延性倾裂(DDC)现象的机理。 所有样本的三维可视化和代表性横截面透视图像：（a）LPBF，（b）HIP和（c）HIP+SSHT 所有样品侧表面OM观察：（a）LPBF，（b）HIP和（c）HIP+SSHT，其中红色和蓝色箭头分别描绘了微裂纹和孔隙 主要结论 1.GH3536合金的LPBF技术成形窗口在ψ = 90 ~ 115 J/mm3范围内。然而，仅通过优化参数，LPBF成形GH3536合金中不可避免地会出现微裂纹。 2. LPBF试样中分布着大量的长度为10 ~ 100 m的微裂纹，大部分微裂纹位于晶界处且沿成形高度方向扩展，通过EPMA分析发现在熔池热影响区晶界上存在富Cr、Mo 元素的低熔点碳化物相，为裂纹的扩展提供了通道。 3. 经热等静压处理后，LPBF试样中的大部分微裂纹被消除，微裂纹体积分数为0.08%；固溶处理后，微裂纹体积分数略有回升至0.11%。 4. LPBF态GH3536合金由细柱状/胞状亚晶、高密度位错网络和富Cr/Mo元素的球状纳米碳化物组成，平均晶粒尺寸为14.6 μm。经热等静压处理后，GH3536合金试样中位错网消除，亚晶界处的纳米碳化物转变为沿晶界析出的粗碳化物，晶粒平均尺寸基本不变。固溶处理后，平均粒度粗化率为33.7%。微观碳化物演化为准纳米碳化物，并在晶粒内随机分布。 5. 经固溶处理后试样室温和高温极限强度分别提高了3.6%和11.9%，延伸率提高了143.0%和410.0%。这归因于微裂纹消除、晶界碳化物的大量消除、固溶强化和晶粒粗化的协同作用。 所有样品的拉伸性能：（a）室温，（b）高温，（c）比较总结 系统地研究了热等静压和固溶热处理后合金微观组织的演变，包括亚晶粒、位错网、碳化物和晶粒特征。深入揭示了合金微观组织与拉伸性能之间的关系。本研究有望为LPBF技术成形无裂纹高性能的镍基高温合金材料提供一条具有良好工业适用性的有效途径。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.性能媲美锻造，西工大黄卫东教授团队开发3D打印高强、高韧铝合金 2.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 3.Inconel 718：用于增材制造的主力材料 4.北航最新Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金

利用回收复用运载火箭构建下一代空天往返运输系统，是人类开发宇宙空间资源和走向“深蓝”的关键之一。 ——深蓝航天CEO霍亮 “星云-M”1号试验箭首战告捷 2021年7月，坐标陕西铜川深蓝航天试验基地，随着发动机轰鸣喷焰，深蓝航天“星云-M”1号试验火箭完成了首次垂直起飞和垂直降落（VTVL）自由飞行，即被称之为“蚱蜢跳”的运载火箭垂直回收飞行试验，试验任务取得圆满成功。 本次试验飞行创造了中国民营航天的多个第一 1 首次圆满完成由泵压式发动机作为主动力的液体火箭垂直起降； 2 首次实现了液氧煤油发动机和火箭全系统的协调工作与实际飞行； 3 首次由3D打印制造的火箭发动机完成真实飞行工况的考核； 4 首次单台发动机试车、飞行重复使用累积超过10次，初步验证发动机工程化可重复使用的能力。 此次“星云-M”液体回收1号试验箭垂直回收飞行试验，实际飞行弹道最高点的相对高度近10米。火箭在起飞后按照预定轨迹飞行、爬升至预先设定的最高点后平稳下降，按预定姿态和速度约束飞行至预定着陆点，发动机按照高度和速度判据正常执行关机，箭体触地时刻纵向速度、俯仰/偏航姿态偏差满足预定要求，经着陆缓冲机构缓冲后，火箭实现平稳“软着陆”。 火箭上安装的单台“雷霆-5”发动机，按照预设控制程序精准完成了上升段与下降段的实时推力调节，飞行过程中实际推力调节范围为60%~100%。飞行全程箭体姿态稳定受控、着陆平稳；着陆后经全箭综合测试，各项技术指标正常，火箭及发动机状态良好，满足再次复飞的指标要求。 本次试验所用的“星云-M”1号试验箭，经历了三次地面静态点火测试，总计时间超过了130秒；所配套的“雷霆-5”型发动机，本次飞行前先后参加多次地面点火试车、全箭静态点火测试，同一台发动机的累计工作次数超过10次、累计工作时间超过500s，基本均为大范围变工况工作状态。 通过系列点火测试和飞行试验，有力地证明了火箭和发动机产品初步达到了可重复使用的预期设计目标，为工程化可重复使用的火箭和发动机产品积累了宝贵的研制经验和实际使用数据。 本次试验标志着深蓝航天“回收复用”火箭技术取得重大突破： 成为国内第一家成功使用泵压式发动机完成液体火箭垂直回收飞行试验的公司，标志着中国液体火箭重复使用技术探索迈出了重要一步。 关键技术突破 深蓝航天在火箭垂直回收复用领域的多项关键技术，也在本次飞行试验中得到了充分验证，为继续开展更大规模的回收复用试验奠定了坚实的技术基础： 一：飞行过程中泵压发动机的大范围推力调节 发动机的大范围推力调节是液体火箭垂直回收的基础，在火箭垂直回收着陆的过程中，需要通过发动机的大范围推力调节来保证全箭下降和着陆过程中的过载要求，并将最终落地速度能控制在预设的范围之内。 对于泵压式发动机，实现大范围推力调节往往需要多个调节元件来实现，调节控制规律复杂，同时喷注器、涡轮泵等多个关键组件也需具备在不同的推力调节工况下可靠工作的能力。 “星云-M”液体回收试验箭使用的“雷霆-5”发动机为国内首型针栓式电动泵液氧煤油发动机，使用3D打印技术完成制造，真空推力50kN，通过电动泵可实现50%-110%推力调节，通过针栓式喷注器实现发动机不同工况的稳定工作。 本次飞行试验精确完成了多次发动机推力大范围调节，实现了对箭体上升和下降的控制，发动机全程工作正常，“雷霆-5”的推力大范围调节能力在经过多次地面静态点火的考核后，得到了实际飞行的验证。 二：垂直回收控制制导技术 垂直起降火箭相较于传统一次性使用的运载器，在飞行过程中，箭上控制制导不仅要维持上升段的姿态稳定，还要能够对下降段的速度和位置进行控制，以实现其着陆于指定地点的目标，这对控制制导算法和控制方式的结合提出了更高的要求。 此次飞行试验中，针对电动泵发动机的响应特性，设计了有别于传统的迭代控制制导算法并首次应用：基于“惯性+RTK”的组合导航信息，由箭上飞控计算机实时驱动泵电机、双摆伺服和RCS 冷气姿控系统相结合，实现了预期的平稳飞行及着陆，垂直回收控制制导技术得到了充分的实践检验。 三：着陆缓冲机构对箭体的缓冲保护火箭回收过程中需要高可靠的着陆缓冲机构减缓着陆瞬间的冲击过载，使箭体平稳着陆。着陆缓冲机构要有较好的强度和缓冲功能以及对倾斜姿态、残余速度的适应能力，从而保证着陆姿态的稳定性，同时由于着陆支腿靠近发动机，还要具备承受发动机喷流反冲的热防护能力。本次“星云-M”着陆过程箭体姿态稳定，全箭结构完好，着陆支腿顺利实现了着陆缓冲保护的设计目的。 深蓝航天在对本次试验的数据进行完善分析的同时，“星云-M”火箭2号试验样机正在公司位于江苏南通的总装厂房内，快速进行总装和测试工作。同时，公司还将在2021年内陆续实施百米级低空飞行和高空垂直起降回收飞行试验。 同时，深蓝航天主打产品 “星云-1”入轨火箭已在去年完成一子级箭体结构样机生产和强度测试，轨道级发射及垂直回收试验也将按计划逐步实施。 ▲“星云-1”入轨火箭一子级结构于2020年通过联合静力试验和低温爆破试验考核 2019年7月，同样是在经历数次地面静态点火之后，被SpaceX公司称为Starhopper星舰原型机完成了首次的垂直起降，向上飞起约20米后平稳落回了地面，整个飞行过程持续约10秒钟。美国权威媒体报道称，“虽然以高度来说这只是小小的一步，但却是SpaceX新一代回收火箭和引擎首次不连接地面设备的的自由飞行，有着划时代的意义”。 Starhopper星舰原型机 2019年7月SpaceX在得克萨斯州成功进行了Starhopper的首次高度约20米的垂直起降飞行测试—————— 图片来源：互联网 星辰大海是征途，坎坷艰辛唯不悔。本次垂直回收飞行试验仅仅是深蓝航天在“回收复用”领域探索征程的阶段性胜利，深蓝航天将勇于创新、无畏前行，为中国航天彻底掌握应用火箭回收复用技术奋斗。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.性能媲美锻造，西工大黄卫东教授团队开发3D打印高强、高韧铝合金 2.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 3.Inconel 718：用于增材制造的主力材料 4.北航最新Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金

在采用3D打印技术的过程中，遇到的难题太多？应用范围太窄？成功概率太低？综合效益不高？想要发展增材制造，却又担心投入太大，成果平平，最后竹篮打水一场空？为解决这些难题，安世亚太增材评估小程序正式上线！只需花费2分钟，就可以快速测评增材技术对产品的应用潜力，得到增材设计与制造方法的指导建议。 安世亚太公司基于对增材制造全流程的充分理解和全面把握，从大量工业品制造案例中抽取出20个核心判断要素，开发了这套全新算法的增材设计小程序。 增材评估小程序，是如何给出建议的？ 简单来说，这款小程序是在不熟悉增材制造工艺特点的情况下解答3个问题： • 产品是否适合增材制造；•产品在增材制造过程中要注意什么问题；•如何改进产品设计使其更能发挥增材制造的技术优势。对于刚刚接触增材制造的用户来说，这项技术显得“高深莫测”，无法把握增材制造的优势与约束，也无法基于增材制造进行“对症下药”的设计。 如果采用传统设计构型，必然无法利用增材制造所提供的自由设计空间，产品性能不能在本质上得到提升，甚至受限于增材制造技术的不成熟，性能反而劣于传统制造的产品。更有甚者，设计的缺陷会直接造成打印失败，严重打击用户对增材技术的信心。 安世亚太公司开发的基于数据算法的增材制造应用潜力评估系统，可实现自动评估产品的增材制造可行性与增材设计对产品的附加值潜力，并根据提供的信息生成增材设计与制造方法的指导建议。 增材评估小程序使用指南 该小程序简单易用，方便快捷，不管科研工作者、工程技术人员，还是销售市场人员，都可以迅速上手。接下来，以一款铝合金接头为例进行解释。该接头初始设计采用数控机床加工，装配面的精度要求公差小于0.01mm，装配面表面光洁度要求3.2以下，并且希望接头在保证承载能力的前提下尽可能减轻结构重量。 原始设计 假如不确定这个接头是否适合增材制造，或者不知道采用增材制造是否有价值，那么只需以下3步就可以得到答案。 第一步：扫描下图二维码进入微信小程序（也可以通过微信搜索小程序“工业品增材制造应用潜力评估”），填写产品信息。 注意：进入小程序后，请您仔细阅读使用说明，建议尽可能把产品信息写的详细一点，有助于算法更准确的评估打分 第二步：完成材料&工艺、结构&特征、性能&功能、生产&成本四个维度——20个评判要素对应选项的选择请您根据产品的特征，选择最符合的选项，并注意是单选还是多选。 第三步：生成评估报告，根据增材潜力评估结果分析增材制造可行性。 注：①目前版本为1.0版本，仅开放金属产品的评估功能，评估的对象可以是已经完成设计的产品，或者是正在研发的产品。②在评估前您应当掌握产品的材料要求、结构特征、性能功能等基本信息。如何看懂评估结果和建议方案？ 按照上面的案例，该接头初始设计采用数控机床加工，装配面的精度要求公差小于0.01mm，装配面表面光洁度要求3.2以下，并且希望接头在保证承载能力的前提下尽可能减轻结构重量。 本案例的得分高达81分，说明非常具有增材制造潜力，产品的部分特征非常适合发挥增材制造的技术优势，通过增材设计和增材制造非常有可能实现期望的产品性能改进。 在给出分数的同时，系统也给出了增材制造的建议方案。本案例中给出了3个建议，都是针对我们输入的产品信息自动给出的，用户如果决定采用增材制造生产该接头，一定要看懂这些建议。 在本案例中，尽管该接头具有很高的增材制造潜力，但是仅凭增材制造工艺本身并不能将潜力完全发挥出来，基于增材制造的优化设计才能真正发挥出增材制造的优势，是最后的“点睛之笔”。比如下图中接头1、2、3由于位置不同，受力明显不同，我们针对金属SLM增材制造的工艺特点，以及接头在不同位置的受力情况，分别进行拓扑优化设计，最终确定了3种不同的结构形式，实现减重50%。到此为止，一个完美的增材制造解决方案才大功告成。 经优化的增材设计成品 需要说明的是，分值的高低反映了产品符合增材制造技术优势的程度，也就是产品利用增材制造优势的潜力。但是增材制造可行性的判断应当结合系统给出的具体意见。例如，一个5米长的产品，即使很多特征都有利于发挥增材制造的技术优势（即分值很高），但是如果您不同意做切分打印，那么在现有技术条件下这个产品的增材制造可行性依然不高，系统在意见栏里会提示您“不建议用增材制造生产该产品”。当前增材制造工艺在材料选择、各项异性、表面光洁度等方面都有一定的局限性，本评估程序都会给出相应的建议。 更为重要的是，这些工艺上的制约因素，大部分可以通过增材思维的设计改进产品的结构方案来解决，以提高增材制造的可行性。同时，综合应用多种增材制造优化设计方法，还可以提高产品的综合性能、缩短制造周期、降低生产成本。 在后续版本中，安世亚太将推出针对特定工艺、特定材料、特定行业、特定产品的增材制造评估程序，力争做到更专业、更科学、更便捷。更多内容，可关注“安世亚太”公众账号。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.没有仿真，增材制造能走多远 2.通过相场模拟，获得金属3D打印过程中的晶粒演化特点，实现微观结构精准控制 3.汉邦科技金属3D打印助推高效换热器制造升级 4.领取门票：Formnext国际增材制造、粉末冶金与先进陶瓷展9月深圳开展

换热器对工业设备的长效稳定运行至关重要，但繁复的传统制造方式，成为阻碍换热器设计升级的一大阻碍。金属3D打印以“化繁为简”的技术能力，从源头推进换热器设备的设计思维改革，满足其结构紧凑、模块化、多材料的应用发展趋势。汉邦科技作为国内领先的金属3D打印设备生产商，凭借多年的技术研发，工艺优化及产品迭代经验，提供基于设备、材料工艺、后加工方案、智能化粉末管理以及软件生态系统的全套产品解决方案，致力于为各领域用户提效降本，不断赋能行业数字化升级。 在传统加工中，换热器内部连接位置的钎焊或焊接存在一定难度，由于其材料薄、尺寸小，并且接缝部位必须防漏。然而，增材制造技术可以解决这个难题，实现复杂结构的构建。一体成型不仅能替代换热器制造中钎焊或焊接的过程，还可以构建通道矩阵，以及整个热交换器组件 - 包括所有集管。被充分释放的设计自由让换热器能够以任何形状呈现，例如弯曲，扭曲等形状。另一传统制造无法实现的交替通道制造，使用3D打印技术也能成功攻克，交替通道的逆流设计使热交换效率最大化，切实可行的节能提效。   传统换热器内部结构图 (图片来源于网络）  传统换热器示意图(图片来源于网络） 换热器在核电厂的具体生产中有着重要作用，直接影响核电生产效益，因此在我国核电生产水平不断提升的大环境中，对换热器类型的要求也在不断提高。为了满足核电生产的具体要求，制造出更加节能高效的换热器类型，汉邦科技与核动力院开展了深入合作，共同探讨金属3D打印技术在核能领域的使用潜力。通过双方技术专家的共同研究，设计开发了一系列高效热交换器及换热单元。 金属3D打印换热器 金属3D打印换热器 汉邦金属3D打印技术能够满足结构一体化、薄壁、薄型翅片、微通道、异形、点阵结构等的定制化加工需求。汉邦金属3D打印装备优势：动态聚焦，光束质量优异，工艺参数稳定，尺寸精度高，可实现超薄壁、高致密度的成形工艺。据核动力院数据统计，金属3D打印换热器与常规换热设备相比，重量、体积、零部件数量、制造周期均减小90%以上，制造成本降低50%以上。   汉邦科技HBD-350/350T金属3D打印装备，成型尺寸：325*325*400mm，激光功率：500W/500W*2 汉邦科技HBD-350/350T金属3D打印装备具备更主流成型尺寸，兼容单/双激光配置，高效稳定的铺粉供粉系统，封闭式全自动粉末循环系统，独立长效多级净化系统，满足高效率、高强度、高质量、持续性生产需求。 换热器市场随着下游应用领域的不断拓展，产品需求发展将趋于个性化、多样化。金属增材制造作为先进制造技术的重要发展方向之一，将在优化制造生产中持续发力。此外，金属3D打印技术有助于提升产业节能和企业数字化水平，为提升节能能级提供有力技术支撑。 作为国内领先的工业级金属3D打印设备制造商，汉邦科技于2007年进入金属3D打印领域，专注于金属3D打印装备的研发、生产、销售及应用技术。汉邦始终聚焦技术创新及行业发展，凭借丰富的市场积累、应用深耕，结合对新技术、新工艺的极致追求，不断在科研能力和产品质量的提升上精益求精。依托强大的研发及先进装备设计与制造能力，汉邦将继续以用户需求为核心，以技术工艺创新为驱动，用优质的产品与专业的服务为教育教研、模具、汽车、航空航天、医疗等各行业客户提供各种金属3D打印应用解决方案，发挥金属增材制造优势，助力传统工业制造的数字化、智能化升级。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.麻省理工在线研讨会：3D打印热交换器的特点与应用 2.由GE赞助的增材制造设计挑战赛有哪些先进结构 3.纯铜热交换器3D打印工艺的发展：从SLM、3DP、FDM到DLP 4.3D打印的固有制造缺陷使其还无法完全替代热交换器的传统制造技术

高强铝合金由于优秀的比强度已成为商用和军用飞机主要的结构材料。对于大多数对安全至关重要的应用，高强度和高韧性是对结构材料的关键要求。然而，强度和韧性通常相互排斥，韧性会随着强度的提高而降低，导致设计者可以安全使用的高强度铝合金的屈服强度受到限制。 近期，西北工业大学黄卫东教授课题组开发了一种采用SLM技术3D打印的Sc/Zr改性Al-Mg和Al-Mn基合金，具有良好的强度和韧性组合，实现了与高强度7xxx锻造铝合金相当的高屈服强度，为制造高强、高韧铝合金提供了一种有效的策略。 激光增材制造铝合金及其复合材料的力学性能 通常，断裂韧性与裂纹尖端和局部微观结构之间的相互作用有关。特别地，采用SLM技术3D打印的Al-Mg（Mn）-Sc-Zr合金不仅具有超细第二相颗粒，而且在整个熔池中还存在明显的的非均相α-Al基体组织（混合了等轴晶和柱状晶）。此外，激光轨迹的重叠进一步在宏观尺度上产生了空间非均匀的微结构。因此，其断裂韧性与裂纹尖端以及超细非均匀微观结构之间的相互作用有关。 本研究中的Al-Mg-Sc-Zr粉末采用真空感应气体雾化(VIGA)工艺制备，粉末化学成分为Al-4.66Mg-0.48Mn-0.72Sc-0.33Zr-0.12Fe-0.03Si(wt.%)，并使用EOS M280 3D打印机制造。采用优化的工艺参数可实现高于99.4%的致密度，打印完的样品在325°C下直接时效4小时（峰值时效），以引入二次Al3(Sc,Zr)析出物实现沉淀强化。 以往有研究发现，采用SLM技术打印的Al-3Mg-0.2Sc-0.1Zr(wt.%)合金由柱状晶粒构成。而在本研究中，由于提高了Sc、Zr的含量，获得了由细晶粒和粗晶粒交替组成的非均匀晶粒组织。在熔池尺度上，显微组织由熔合边界处的等轴晶带和熔池内部的扇形柱状晶区组成，异质晶粒结构的起源归因于整个熔池中初级Al3(Sc,Zr)相（有效的成核位点）的不均匀沉淀。由于原生Al3的富集(Sc,Zr)颗粒和高冷却速率，等轴晶粒带中的晶粒被显著细化为超细晶粒(0.1–1μm)，其比铸态Al-0.7Sc合金（25±2.7-70±4.6μm)小一个数量级。 SLM制造的Al-Mg-Sc-Zr 合金的力学强度、表面粗糙度及断裂韧性数据 传统的高强度锻造铝合金通常包含三种类型的第二相颗粒：在凝固过程中形成的粗颗粒（直径约1-10μm）；在铸锭均匀化过程中形成的中间弥散体（直径约0.1μm）；以及在时效过程中形成的纳米级沉淀物实现了沉淀强化。与传统锻造铝合金相比，SLM加工的Al-Mg-Sc-Zr合金中第二相颗粒特征的关键区别在于成分颗粒的显著细化。由于熔池凝固过程中的高冷却速度，组成颗粒的尺寸被超细化至50-200nm，体积分数约为1%。因此，直接时效后合金的成分和弥散颗粒很难区分。在直接时效过程中，在α-Al基体中形成了纳米级（半径约2nm）的二次Al3(Sc,Zr)析出物。 由于缺乏与晶粒超细化相关的位错积累，该合金在拉伸试验期间表现出较低的屈服伸长率和整体应变硬化能力。试验结果表明，该合金的抗拉强度各向异性较低，而延展性体现出各向异性的特点。将SLM 加工的Al-Mg-Sc-Zr 合金的强度和韧性与传统的2xxx、7xxx 和Al-Li 锻造铝合金进行比较发现，前者具有良好的强度和韧性组合，性能堪比7075-T651高强锻造铝合金。 所开发的铝合金的应力应变曲线及其与传统高强铝合金的强韧性比较 从断裂力学的角度来看，金属基材料的断裂过程可以看作是内在损伤/增韧和外在增韧过程的综合结果。内在损伤取决于微观结构的特征，一般涉及裂纹尖端前塑性区第二相粒子的开裂或脱粘以及基体相的晶间或穿晶断裂等过程，内在增韧机制阻碍了可能的损害行为。相比之下，外部增韧机制如裂纹偏转和裂纹从I型方向分叉，通常会导致I型裂纹扩展驱动力的损失。 SLM处理的Al-Mg-Sc-Zr合金的内在损伤/增韧和外在增韧机理 据报道，铝基合金的固有损伤过程取决于多尺度第二相粒子的特性。通常，纳米析出物在很大程度上控制了滑移和变形行为，并间接影响合金的断裂韧性。组成颗粒和分散体通过影响空隙的成核、生长和聚结直接影响断裂韧性。当基体塑性变形时，大的组成颗粒很容易开裂，而中间弥散体具有较强的抗裂纹能力。 总之，对于SLM处理的Al-Mg-Sc-Zr合金，由于熔池凝固过程中初生Al3(Sc,Zr) 相的高冷却速率和不均匀析出，在合金中获得了超细且非均质的显微组织。成分颗粒的超细化促进了内在增韧，而非均质 α-Al 基体微观结构诱导了外在增韧机制，如裂纹偏转或分支等。尽管由于二次Al 3 (Sc,Zr) 纳米析出物导致的有序平面滑移导致脆性裂纹，但断裂韧性通过与超细和异质微观结构相关的多种内在/外在增韧机制得到有效改善。这项研究展示了一种制造高强度和高韧性铝基合金的新策略。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.西南交大采用X射线三维成像揭示3D打印铝合金疲劳行为的各向异性 2.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 3.铝合金大尺寸构件3D打印一体化制造的需求、限制因素及进展 4.当前国内外高强铝合金种类、性能信息汇总