薄壁结构在物理和工程的许多领域都有应用。激光粉末床熔融(LB-PBF) 能够制造自由形状，可以在单个生产步骤中轻松打印薄壁结构。然而，由于此类结构的特性以及侧面热应力的相互作用，出现裂纹和变形等缺陷的可能性很高。 铝合金在许多高价值LB-PBF应用中的使用越来越广泛。在候选的LB-PBF铝合金中，AlSi10Mg具有优异的机械和热性能，例如高强度重量比和高热扩散率。AlSi10Mg广泛应用于航空航天和汽车工业，用于生产散热器、外壳和进气歧管。这些高价值组件具有复杂的几何特征，例如薄平面壁、晶格单元和曲面，需要仔细的设计。AlSi10Mg的机械各向异性是构建方向的函数，在使用此方法进行组件设计期间需要考虑这一点。   薄壁结构的潜在工程应用包括：(a) 喷气发动机壳体，(b) 喷气发动机部件，(c) 涡轮泵排气出口，(d) 燃气轮机仪表化凸轮喷嘴 来自皇家墨尔本理工大学工程学院、澳大利亚科学技术研究、荷兰恩斯赫德特文特大学、弗劳恩霍夫先进制造创新平台以及迪肯大学工程学院的研究人员共同研究了激光功率、倾角和激光扫描次数对LB-PBF制备的薄壁结构尺寸（厚度）偏差、畸变和孔隙率的影响。 https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.110814 （A）300W激光功率（B）400W激光功率显示激光功率对熔池宽度的变化可忽略不计 (A 和 B)粉末床和裸露基材上的温度分布，(C) 测量厚度和尺寸偏差的主效应图 研究上述参数有助于确定LB-PBF工艺打印AlSi10Mg薄壁结构的能力以及这些结构的可制造性。为了确定倾角、激光扫描次数和激光功率对尺寸偏差、变形和孔隙率的影响，进行全因子实验设计。为了讨论结果，进行了统计分析和模拟。使用计算流体动力学模拟了熔池的深度和宽度，然后根据薄壁的厚度对获得的熔轨尺寸进行分析以确认模拟的准确性。根据模拟结果对LB-PBF工艺在 薄壁结构打印生产中的相关流变特性进行了表征和讨论。  (A–C) 基材上矩形管和喇叭形状的打印样品和俯视图，(D,E) 用于检查打印可行性的喇叭样品 (F) CAD 模型 在该研究中，首次以不同的倾角和激光通过次数对薄壁表面进行了经过实验验证的模拟和实验，以确定这些控制因素对尺寸偏差、变形和孔隙率的影响。薄壁结构的熔池现象通过材料的基本流变学方面和热物理性质来识别。针对这些感兴趣的条件对可制造性和孔隙率进行了量化，从而为薄壁结构在的3D打印应用提供了基本的现象学见解与实际设计数据。 由于这些结构的薄壁特性，特别是在使用传统制造工艺时，薄壁零件的生产很困难，例如需要半精加工和精加工各个步骤的机械加工。在本研究中，研究了 LB-PBF打印薄壁零件的可行性并确定了可能的缺陷。对上述缺陷的控制因素进行了表征，并为了找到缺陷的潜在物理现象，对单次、三次和五次激光通过进行了可制造性模拟。综合讨论了激光功率、激光通过次数和倾斜角度对尺寸偏差、畸变和孔隙率的影响。所提出的结果有助于确定LB-PBF工艺生产AlSi10Mg薄壁零件的能力。为此，选择了全析因实验设计，实施了不同的统计分析，如多元方差分析和主效应图。通过与实验测量进行比较，验证了熔迹模拟。确定了薄壁零件生产中LB-PBF过程的相关流变特性，并用于表征构建角度、激光功率和激光通过次数的影响。结果总结如下： • 主效应分析表明，通过增加构建角度和激光功率，厚度和尺寸偏差会增加。然而，发现激光功率在主效应图中的斜率较小，这被证明对厚度无关紧要。根据多元方差分析，发现激光通过次数和构建角度对薄壁零件的厚度和尺寸偏差影响最大。 • 主效应和P值分析表明，激光功率和构建角度对于横向变形来说是无关紧要的因素。相反，激光通过的次数显着驱动横向变形。 这项研究还表明，所研究的独立参数驱动薄壁零件侧面的开孔和闭孔孔隙率。统计分析表明，激光通过的次数显著改变了闭孔率的百分比。还发现构建角度是开孔和闭孔百分比的重要因素。在低倾角和单次激光通过的样品中，孔隙率明显最高，这表明在这些条件下材料并未完全熔合。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.金属SLM无支撑3D打印：国内5家企业有突破 2.解析Velo3D和EOS的SLM无支撑金属3D打印解决方案 3.ASTM 3D打印材料数据和标准化联盟介绍 4.52页下载！首份中文版增材制造设计手册(晶格、拓扑结构等全面指导)

在上期文章中，3D打印技术参考已经详解介绍了Velo3D和EOS公司的无支撑SLM金属3D打印实现方式，其中涉及零件设计方案调整、在线监测与反馈、铺粉、工艺调整等环节。应用部门尤其是航空航天领域对于该技术的需求非常迫切，甚至有专家提及，SLM无支撑打印的倾斜角度降低一度，都会给打印效果带来极大改变。鉴于该技术的先进性，国内主流厂商均在加紧研发，并在今年纷纷表示取得重大突破。本文内容旨在介绍研发进展，无法对各厂商具体实现无支撑打印的具体方法进行分享。 01铂力特 2023年6月，铂力特发布相关文章，显示其已经突破无支撑金属3D打印工艺。文章指出，铂力特深耕金属增材制造零件的成形技术数十年，多年来一直在探索无支撑成形技术方案的可行性。利用自身的全产业链优势，通过在设备、粉末、打印路径规划以及工艺参数调试等多个方面进行探索创新，研究出无支撑打印的技术方案，目前已经打印出多种类型的无支撑零件。 铂力特开发出的无支撑零件成形技术，可以实现30°以下悬垂结构的无支撑打印，为小角度悬垂结构的成形提供了新的方向。但对于具体的实现方法，该公司并未透露相关信息。 02华曙高科 华曙高科在TCT亚洲展现场发布了自主研发的SLM少支撑技术，采用该技术打印的闭式叶轮，支撑量减少99.8%，内外部25°各斜面结构在无支撑的情况下顺利成型，大大降低了打印消耗和后处理时间，提升了产品质量和效率。对于实现方式，华曙高科同样未予披露。 03易加三维易加三维自主研发无支撑金属3D打印工艺于本届TCT首次公开展示，展品涉及无支撑球体、多角度无支撑展示品、航空航天无支撑蜗壳，可打印AlSi10Mg、钛合金等常见材料，可实现120μm大层厚打印。 无支撑打印球体（左直径40mm、右直径35mm） 多角度无支撑 无支撑蜗壳 04倍丰科技 苏州倍丰智能基于“Pre-Scan”的理念，开发了无支撑打印技术，该技术的开发为零件设计提供了更多自由度，有着极大的前景和应用。无支撑打印技术的实现，对于整个构件的生产具有很高的经济效益，其从设计，制造和后处理三个方面减少了零件生产成本。目前，倍丰已经实现15°及以上角度的无支撑打印，该功能将植入到倍丰自研软件中。使用这种开创性的新几何无支撑打印方法，将推动基于激光的金属增材制造突破现有的边界，为从前金属3D打印打开新的大门。 05汉邦科技 汉邦科技研发团队对金属3D打印无支撑技术进行了研究和探索，目前能够实现15-25°倾斜特征的无支撑成形，很大程度的减少了零件对支撑结构的依赖，对于提高金属3D打印的效率与与自由度，提高产品质量以及降低成本具有重要意义。   END 在3D打印技术参考看来，虽然增材制造为优化设计打开了大门，但设计端仍需要遵守符合该工艺的制造规则，尽最大努力发挥这项技术所能带来的所有便利，包括最大规模的集成化制造；而制造端同时也在努力，使进一步增加设计自由度成为可能。 新的打印系统和工艺能够有效解决或减轻之前常规SLM存在的问题，如封闭结构的支撑去除、表面质量差、应力集中等。与此同时也带来了应用的突破，如大型管道结构、随形冷却模具、大曲面航空发动机叶片的无差别制造，这种工艺保证了零件的高质量，避免了过去一直存在的表面质量、积粉甚至性能问题。此外，它更大的意义在于因后处理步骤的简化带来的高性能金属3D打印批量化制造，这无疑将降低成本，增加直接制造的可行性，进一步推进金属打印的落地应用。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.视频：金属3D打印一体式无需组装的微型机器人抓手，可用于医疗 2.调查研究：金属增材制造技术行业应用差异及释放潜力的条件 3.ASTM 3D打印材料数据和标准化联盟介绍 4.52页下载！首份中文版增材制造设计手册(晶格、拓扑结构等全面指导)

多年以来，无支撑金属3D打印一直被认为是传统SLM技术发展的重要里程碑，VELO3D公司也因此名声大噪并取得了商业成功。在统治这项技术多年以后，行业内在2023年可谓迎来了突破式的进展，EOS、铂力特以及华曙高科纷纷宣布取得了重要进展。Velo3D的成功，在于告诉大家，SLM技术可以实现无支撑；而更多厂商实现无支撑打印，则将给市场带来更巨大的应用潜力。 诸多的分析文章认为，SLM无支撑打印工艺的实现在于在打印过程中实时调整了激光参数并配以合适的铺粉速度等操作来实现，但Velo3D从未公开过其铺粉过程的视频。究竟如何实现，目前也并未有100%确定的答案。除此之外，通常也认为无支撑的实现需要修改零件设计并配合局部特殊工艺，这在《反其道而行之，EOS工程师介绍无支撑粉末床金属3D打印策略》一文中进行了详细介绍。支撑对于激光粉末床工艺来说至关重要，它的主要作用是传导热量、抵抗残余应力和应对刮刀冲击作用，但最终的目的是为了消除打印过程中局部过热带来的一系列问题。 理想状态下的动态工艺调整 倘若在打印过程中，时刻按照零件当前的温度状态输入“刚刚够”的能量，使其仅用于当前层截面的熔化呢（理想假设），那么就不存在热量过多产生应力的问题，也不存在周围粉末吸收多余能量出现粘附的现象。在这种理想的状态下，就不需要支撑去导热，也不需要它拉住工件。这种工艺便是智能化的判断和能量输入方法。 最为理想的状态是一种基于机器学习的控制方法，系统根据监控数据自动计算当前需要多少能量从而匹配参数，但目前来说难以做到。不同参数的组合确实能够计算出一个确定的能量值，但激光的输出和熔化过程实则非常复杂，确定的能量值也有数之不尽的参数组合，目前的发展阶段尚难以做到无需人的干预实现工艺匹配的完全智能化。但它一定是AI和SLM相结合的一个重要的发展方向，它需要积累海量的数据用以学习和训练。 接下来，3D打印技术参考主要总结Velo3D和EOS 无支撑SLM金属3D打印解决方案的实现方式。 01Velo3D无支撑技术方案 3D打印技术参考通过对其公开视频的反复研判及技术资料得出Velo3D实现无支撑打印的几条重要因素包括：铺粉过程、变化的能量输入以及实时反馈机制。 Velo3D采用了一种非接触的上送粉方式，它被称为实现无支撑打印的关键技术之一：送粉机构分为三个部分，在打印完一层后，送粉机构的前置“漏斗”沿打印区域洒下粉末，中间的刮片将粉末刮平，后置吸粉器可将多余粉末吸走，保证粉层厚度。在整个过程中，Velo3D避免了传统刮刀对打印件造成的摩擦及其它作用力，并能够在一定范围内容忍凸起。 Velo3D的非接触式铺送粉示意图 另外，Velo3D明确指出在打印小角度特征的过程中，会减少热输入以防止变形，但不仅仅是降低激光功率；同时，一个零件不同的区域可能使用了不同的工艺参数，包括光斑大小，这种变化可能牺牲掉了表面质量但保证了效率，也有可能是保证了打印成功但牺牲掉了部分性能：总的来说，它提供了复杂的、经验证的激光参数，这些参数根据实际零件的几何形状而变化。 参数根据实际零件的几何形状而变化 对不同的缺陷设置了不同的阈值并实时监控和反馈 实时监控与反馈也是保证打印顺利进行的重要手段，其所开发的打印机内置了920多个传统器，经过训练的监控机制能够识别出缺陷，当超过阈值时可通知工艺人员对相应区域进行工艺调整。 02EOS无支撑技术方案 Smart Fusion是EOS致力于通过简化流程、节约成本和提高生产力的创新解决方案来推进和促进金属增材制造（AM）的最新成果。它也是EOS实现SLM无支撑打印的重要保障。 Smart Fusion可以实时自动调整激光功率，快速有效解决潜在的制造问题。该技术通过测量粉末床所吸收的激光能量，并使用先进的算法进行调整，可以有效避免甚至消除支撑结构。这不仅节省了时间，而且通过减少后处理和减少材料用量，降低了每个零件的成本（CPP）。  Smart Fusion解决方案的核心是与EOS现有的监控解决方案（光学断层扫描）相结合，采用先进的算法来逐层监控构建过程，并将数据反馈到激光进行调整。这使整个构建平台的热量均匀分布，从而减少零件中的应力并避免金属过热和向不希望的方向移动。 从数据的角度来看，构建室中的特殊高分辨率相机会监控每一层的熔池温度，Smart Fusion与EOSTATE及其光学层析成像（OT）相机配合，通过EOSYSTEM监测、测量和调整激光功率。  这款工艺控制解决方案包括首创的实时闭环智能热管理，减少或消除了支撑结构，其性能比其他技术快2-5倍。 Smart Fusion主要优势：   设计自由度高 降低单件成本 缩短上市时间 相关案例 采用60微米工艺和Smart Fusion打印的推进剂罐 采用60微米工艺和Smart Fusion打印的卫星碟 （左）有（右）无Smart Fusion技术处理对比 下面的视频，是采用EOS的无支撑技术3D打印的燃料贮罐。 END 总的来说，这两家公司无支撑SLM 3D打印的实现，涉及到多个方面，如实时监测与反馈，工艺调整，铺粉过程控制，甚至还包括零件结构的优化。需要指出的是，所谓无支撑打印也许并不意味着0度完全无支撑，而是一种相对而言的说法。对于较大尺寸构件的低角度特征打印，即便是Velo3D也未展示过完整的过程和效果。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.视频：金属3D打印一体式无需组装的微型机器人抓手，可用于医疗 2.调查研究：金属增材制造技术行业应用差异及释放潜力的条件 3.ASTM 3D打印材料数据和标准化联盟介绍 4.52页下载！首份中文版增材制造设计手册(晶格、拓扑结构等全面指导)

在近期结束的TCT 3D打印展会期间，国内各大增材制造设备厂商纷纷推出了超大尺寸、超多光束的激光选区熔化装备，最大幅面超过1500×1500mm，最大高度达到2000mm，配备10光、16光甚至26、36光束，更大尺寸、更多光束似乎成为了激光选区熔化3D打印设备发展的主流方向。 这类设备的应用场景有哪些？应用前景如何，问题有哪些？3D打印技术参考邀请了北京动力机械研究所增材制造中心马瑞主任对此进行分析。文章将以幅面1500×1500×1500mm、25光束的设备，打印高度1500mm的高温合金产品为例进行测算。 作者介绍：马瑞，北京动力机械研究所增材中心主任，担任中国航天科工集团某项目常务副总师、某科技重大专项项目技术负责人、中国机械工程协会增材制造技术分会委员，获国防科技进步二等奖两项。文章内容已经保密审批，授权发布。   设备端1. 多光拼接区域超过40处，是4光设备的10倍 光束数量的增加意味着拼接区数量的增加，以矩形布局进行测算，4光拼接区域4处，9光12处，16光24处，25光则达到了40处，是4光的10倍。而拼接质量与振镜长时间工作的温飘、机械结构稳定性等诸多因素相关，拼接区域越多，保证拼接质量的难度越大，产品出现质量问题的风险越高。   2. 风场跨度达到1500mm，远超当前较为成熟的600mm当前主流的大幅面打印设备中，EOS M400-4等采用中间入风、两侧出风的风场模式外，多数设备均采用一侧入风、一侧出风的“穿堂风”风场模式。在“穿堂风”风场模式下，风场跨度较小时，还能较好的保证全幅面的风场质量；当风场跨度较大、超过800mm后，出风口部位的风速很低，无法有效带走打印过程产生的黑渣。如果进一步增加风机风速，有可能造成入风口风速过大影响粉床铺粉质量的问题。当风场跨度达到1500mm时，这个问题就更加明显。  Slm Solutions打印机风场 “穿堂风”风场示意图，入口和出口风速不一致 打印过程中零件表面留下的黑渣  3. Z轴需保证从3.5吨负载到20吨以上负载长时间稳定工作 对于幅面超过1500×1500mm的设备，200mm厚的不锈钢基板重量就达到3.5吨左右，加上满仓填仓粉末，负载超过20吨。同时Z轴的机械设计还需要考虑传动机构与加热板、加热板与基板之间的稳定连接、Z轴机械结构与成型舱之间的动密封、1500×1500mm大幅面每次步进0.03-0.06mm的精度和可靠性等一系列因素，保证Z轴机械结构的长时工作稳定性和可靠性难度巨大。  Z轴下降过多造成未熔合   Z轴下降高度不足造成错位 应用端 1. 填仓粉末需求19.5吨，总价格1500万元左右 如需打印1500mm高度高温合金产品，按照松装密度4450千克/m3、铺粉系数1.3、单价650-900元/千克进行测算，需要填仓粉末19.5吨，总价格1500万元左右，启动生产所需成本巨大。2. 单仓打印周期数十天 幅面1500×1500mm、光束数量25个的设备单光覆盖区域300×300mm，与幅面为600×600mm、4光设备是相同的，而铺粉过程跨度远大于600×600mm幅面设备，单次铺粉时间更长。打印截面积较大、高度1000mm以上的产品，时间很容易超过50天。通常认为，打印时间控制在20天、最好15天以内，设备稳定性和可靠性好，产品的合格率较高；50天以上的打印时间对设备考验严苛，质量风险巨大；同时经济风险同样巨大，一次打印失败意味着损失了50天的有效工作时长，几乎相当于全年白干。3. 单仓产品的打印机时费用200万元以上，产品价格300万元以上 按照小时费用率2000元/小时、打印50天测算，单仓产品仅打印机时费用就超过200万元，加上粉末、后处理等其他费用，产品的价格将超过300万元。即便是在对成本敏感度相对较低的军工行业，单件产品价格超过300万的产品极少，尤其是批量生产的产品中几乎没有。 4. 需要大尺寸的线切割设备和热处理设备作为配套条件 当前市面上能够完成截面1500×1500mm产品加工的线切割设备和热处理设备很少；此外，还要考虑厂房的地面承重、吊顶高度、吊车载重等一系列配套因素，配套条件苛刻。总结综合以上数据来看，当前如果采用超大尺寸、超多光束激光选区熔化设备打印单件大尺寸产品，存在打印周期长、设备稳定性和可靠性差、打印风险高、生产投入大、配套条件苛刻等诸多问题，应用场景少，应用前景不明朗。仅有少数产品极其复杂、对生产周期要求严苛、采用其他加工手段难以保证、对生产成本不敏感的研制初期产品适合采用该类设备。  超大尺寸、超多激光设备具备小尺寸零件批量打印潜力  同时换一个角度，采用超大尺寸、超多光束激光选区熔化设备不是为了打印单件大尺寸产品，而是为了打印多件小截面积、小高度产品，就可以规避拼接区域多、小区域问题导致单仓打印全部失败等高风险问题，一台设备可作为10多台300×300幅面单光设备或者4~5台600×600幅面4光设备，发挥出高集成度的性价比优势。注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.数十激光+米级幅面！2023年国内重量级SLM金属3D打印新品装备一览 2.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 3.多材料金属3D打印：高制造成本与高价值回报的博弈 4.过程-结构-属性！两大工具探索金属增材制造技术的基础物理机制

当前，增材制造与人工智能(AI)技术都已独立掀起了应用革命，重新定义了各自领域的可能性，但正两者的融合正在为制造带来更多潜力。本文将从优化设计到质量控制需求，探讨人工智能和3D打印技术的交叉点，特别阐述生成式人工智能如何增强增材制造的能力。最后，将讨论两者结合面前所面临的挑战。   01人工智能如何增强增材制造 随着3D打印领域的不断发展，人工智能(AI)的集成已被证明是一股变革力量，引入了增强功能和无数专为增材制造定制的方法：  1. 衍生式设计：人工智能在设计优化方面的能力非常出色。考虑到最初的限制，人工智能探索了无数的设计变化，产生了比人类所能设计出来的更轻、更坚固和更高效的零件。 2. 流程优化：人工智能能够对制造流程进行微调，保证打印质量的一致性。根据传感器反馈调整打印速度、层厚或温度等参数，确保最佳打印条件。 3. 用于质量控制的机器学习：增材制造的质量保证受益于人工智能的分析能力。先进的机器学习模型，例如卷积神经网络(CNN)，可以评估打印组件的图像以识别缺陷或设计偏差。 4. 预测性维护：利用人工智能分析运行数据，可以提前进行设备维护。这减少了计划外停机时间，确保制造过程顺利高效。 5. 材料创新：人工智能的实力已延伸到材料选择和创新。它有助于挑选合适的材料，并建议针对所需特性量身定制新组合。神经网络模型可以预测新型材料的特性，甚至在生产之前就可以提供见解。 6. 强化学习促进流程细化：持续改进对于增材制造至关重要，不断强化学习通有助于实现更好的材料特性或表面质量。 7. 通过NLP进行文档记录：人工智能采用自然语言处理(NLP)技术来自动更新或创建与设计更改保持一致的文档。  人工智能会影响3D打印的多个环节02生成式人工智能的兴起及其影响 生成式人工智能是一种能够根据学习到的数据模式生成新内容或设计的人工智能，这项技术给增材制造领域带来了多方面的影响。近期，ChatGPT展示了其在各个领域的影响力，凸显了生成式人工智能在制造业的变革潜力。  生成式人工智能最显著的优势之一是其快速促进设计进化。该技术无需延长开发周期，而是可以快速生成针对特定约束的多种设计选项，从而简化从初始概念到最终设计的过程，并减少多次原型设计迭代的需要。设计处理的加速伴随着创新的冒险。生成式人工智能不受人类偏见或传统设计范式的限制，使其能够探索独特的设计途径，乍一看似乎违反直觉，但有可能带来创新的解决方案。   除了单纯的设计之外，生成式人工智能的能力还扩展到前所未有的定制规模。无论是根据个人独特的生理机能精心定制的假肢，还是设计在特定环境条件下发挥最佳性能的工程汽车组件，生成式人工智能都将个性化置于制造的中心。这种对精度的承诺不会以牺牲可持续性或效率为代价。通过优化设计，生成式人工智能可确保使用尽可能少的材料来制作产品，将强度和功能结合起来，不会造成浪费。这种资源效率不仅支持可持续制造实践，而且被证明具有成本效益。 与3D打印流程的无缝集成是生成式人工智能的另一个特点。其本质上的数字优先设计可以顺利过渡到增材制造世界，确保产品的物理表现与其数字蓝图完美契合。更有趣的是，生成式人工智能并不是静态的，而是动态的。它在不断发展，通过每个反馈循环，从用户响应到性能指标和新发现的材料特性，它都会完善其设计建议，使它们更加复杂并与现实世界的要求紧密结合。 如今，生成式人工智能和增材制造的结合带来了一个设计高效、可定制、不断发展的未来，重塑了制造业的结构。 03应对挑战 虽然生成式人工智能和增材制造的融合有望带来革命性的设计和生产方法，但它也并非没有挑战。认识到这些挑战并制定解决这些挑战的策略将是充分发挥这种整合潜力的关键。  1. 计算需求：生成式人工智能模型可能需要大量计算，特别是在处理复杂几何形状和约束时，使用者可能需要投资高性能计算集群或利用云平台。 2. 数据质量和可用性：生成式人工智能的有效性通常取决于其训练数据的质量和数量。数据不足或有偏差可能会导致设计不理想甚至有缺陷。 3. 解释人工智能输出：有时人工智能生成的设计可能是违反直觉或非常规的，工程师和设计师必须严格评估这些输出，确保它们符合安全标准和实际考虑。 4. 与现有系统集成：引入人工智能驱动的设计流程可能需要对现有设计和制造工作流程进行重大改变，无缝集成对于避免中断至关重要。 5. 材料限制：虽然人工智能可能会产生复杂而新颖的设计，但当前适合3D打印的材料范围可能会限制它们在现实世界中的适用性。 6. 知识产权问题：确定人工智能生成的设计的所有权和专利性可能是一个法律灰色地带，使用者需要应对这些挑战以保护创新。 7. 可靠性和测试：人工智能设计的产品需要严格的测试，特别是在航空航天或医疗设备等关键应用中，传统的测试协议可能需要调整或扩展。 8. 成本影响：虽然生成式人工智能可以节省材料和设计优化的成本，但人工智能基础设施、培训和集成的初始投资可能会很大。 9. 人机协作：生成式人工智能的最佳用途不是取代人类设计师，而是增强他们的能力。建立人类和人工智能共同工作的协作框架可以产生最佳结果。 10. 监管和认证挑战：产品，尤其是受监管行业的产品，必须符合特定标准。监管机构可能需要调整其框架以适应和验证人工智能生成的设计。04结论 展望未来，生成式人工智能和3D打印的结合预示着设计和生产的边界会不断扩大并将重新定义未来。人工智能和增材制造之间的协同关系具有变革性，象征着技术与创新制造错综复杂的未来。然而，当我们在这一创新之旅中前行时，我们必须以战略远见来应对挑战，确保这种技术共生不仅是创新，而且是维持和发展，不断推动走向无限创新的未来。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.光束整形技术对提高金属3D打印质量、获得定制组织、降低成本具有重要价值 2.将碳纤维增强3D打印用于第22届全国大学生机器人大赛 3.为量产而生！峰华卓立粘结剂喷射金属3D打印技术重大升级 4.颜永年教授：发展大型高效激光金属熔化3D打印装备，助推我国航天航空制造发展

2018年，峰华卓立基于砂型3DP技术的多年积累开始探索金属和陶瓷3DP技术装备。2020年推出了自主研发的第一代下送粉的粘结剂喷射金属打印装备BJM430，2022年推出第二代上送粉BJM460机型。至2023年，随着市场需求的不断扩大，峰华卓立面向批量化生产客户推出了第二代升级款BJM460金属打印装备。相比于之前，在结构上进行了优化和改进，在性能和功能方面进行全面的提升和完善，配置了全产业链的附属设备。 第二代升级款BJM460展示图 升级款BJM460，是面向批量生产客户的而设计的高效金属增材制造装备，凭借其大小缸配置、产线优化、开源策略等优点，已经在汽车、粉末冶金、机械模具、教育科研等行业获得了良好的工业应用。 01全面优化，高效生产 喷头负压管理+在线监控+多层压实 第二代升级款BJM460在上一代的基础上进行了优化； 升级打印系统矩阵式布局，喷头分辨率为400/720/1440dpi，客户可以根据精细度、打印速度、不同应用场景等需求选择不同分辨率的喷头。 配置喷头独立负压管理系统，打印自动纠错优化算法，喷头系统可单独工作也可以联合工作，避免打印系统因单个喷头损坏而导致工作终止，提高了设备的稳定性和可靠性。 提供在线监控功能，实现实时打印过程中自动纠错、喷头自保湿和自清洁功能；水基低碳粘结剂的成功使用，喷头使用寿命可超过2年，售后维护成本更低。 粉末多层压实功能，生坯打印致密度提高10%，可达68%左右。 02大小双成型缸 研发与批量生产兼备 秉承创新理念，BJM460拥有大小缸配置，集研发与批量生产一体，成型缸为大小缸（160*125*80mm & 460*375*300mm）设计，能满足多种材料打印测试需求，也能满足航空航天、汽车、医疗、科研、模具等行业大尺寸和批量打印成型需求。 在科研行业和制造领域，用户可使用小成型缸进行工艺、材料开发，有效降低用户的开发和工艺验证成本；当成型大尺寸零件或批量生产时，则使用大成型缸，减少了设备重复投入的经济成本，降低了不同设备带来的工艺风险。总的来说，用户可以利用大小成型缸技术，完成从样件到批量生产的快速导入，从而更好地满足市场需求。 03一体化集成解决方案 产线定制+模拟仿真+烧结控制 客户可根据需求，选配自动送粉装置、除尘循环系统、转运小车、固化炉、清粉及粉末回收装置、真空脱脂烧结炉等辅助设备，从而提高整个生产流程的安全和效率。辅助设备的配置能够减少对人力的依赖，改善工作环境和劳动强度，确保粉末回收利用率超过95%。此外，峰华卓立为客户提供定制化的高真空脱脂烧结一体炉，可以用来适配多种金属材料烧结，特别是氢气还原系统，可以用于钛合金的烧结。通过定制化，该公司可以快速的帮助客户完成烧结和工艺测试。 BJM460产线配置及工艺流程方案 生坯烧结过程中的收缩变形是当前金属3DP技术面临的主要挑战之一。由于不同材料的热膨胀系数不同、升温和降温速度不同、结构复杂等原因导致生坯会发生不同程度的收缩变形。这种变形将直接影响产品的精度、尺寸和表面质量，可能导致打印件无法达到客户所需的精度要求，甚至无法正常使用。为了解决这个难题，峰华卓立采用烧结模拟仿真软件，对材料进行热分析和流体分析，模拟烧结过程中的变形情况，并在打印之前通过校正和补偿来消除收缩的影响，有效控制产品收缩，其收缩率偏差可控制在±1%以内。 目前，3DP技术的发展确实面临着许多技术和工程难题，其中如何保证在高速打印过程中仍能保持较高的产品精度和质量，以及使打印后的生坯密度分布更加均匀并达到较高的强度等问题尤为重要。 峰华卓立一直致力于技术创新和产品研发，不断地探索和应用新的方法和技术来解决这些问题。目前，该公司自主研发的第二代升级款3DP金属打印装备BJM460在这些问题上取得了显著的进展：生坯尺寸精度±0.1mm，2 Pass打印平均速度20s/layer，这意味着它能够在较短时间内完成复杂的3D打印任务。同时，在生坯的强度问题上，也做了深入的研究，并采用了一系列先进的方法和新材料来提高其强度，经过实验和测试，BJM460打印出来的生坯强度可以达到3Mpa以上，远高于一般3D打印设备的水平。 粘结剂喷射技术BJM460产线布局规划  面向研发以及定制化批量生产的不同需求，峰华卓立将始终致力于为客户提供高质量、高效率和低成本的金属增材制造解决方案，以满足客户不断变化的需求。峰华卓立期望能够与更多的合作伙伴沟通交流（产品开发总监 张唯18673163568 zw@fhzl.co），共同推进粘结剂技术在3D的打印行业的应用与发展。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.干货分享：陶瓷3D打印之粘结剂喷射技术的成形材料、优势与挑战 2.机械臂砂型3D打印机和智能化产线，峰华卓立推动铸造产业升级 3.Apple Watch 9或使用粘结剂喷射金属3D打印生产表壳 4.烧结，影响粘结剂喷射金属3D打印零件控形控性的重要因素

陶瓷3D打印一直备受关注，如今业界已经开发出了多种基于不同3D打印工艺的商业化设备，并适用于不同领域的陶瓷应用，3D打印技术参考在往期文章中也进行过详细介绍。但需要指出的是，陶瓷3D打印技术并没有像金属和聚合物那样成熟，在应用领域也远未有后两类材料那样广泛，所能制造的材料种类也多局限于氧化物陶瓷。 非氧化物陶瓷（碳化物、氮化物和硼化物）具有非常理想的特性，包括高导热性和导电性，以及对长时间暴露于高温、化学、辐射、应力和机械磨损的适应性。非氧化物陶瓷中的超高温陶瓷具有所有二元化合物中最高的熔点（超过3000°C），并且在2000°C以上的空气中具有热和化学稳定性。由于其极端的耐火特性，受到了航空航天、火箭推进和高超音速领域的关注，该材料可用于制造这些领域的热保护系统、喷管、喉管以及天线罩，这些应用通常在高热通量、腐蚀性氧化环境和快速加热/冷却速率场景下使用。 导弹上的陶瓷天线罩 应用航空航天的陶瓷3D打印产品：高温合金涡轮叶片熔模铸造二氧化硅基陶瓷芯、氧化锆离心叶轮和由氮化硅制成的燃烧喷嘴（来自Lithoz） 使用增材制造或传统陶瓷加工技术生产具有复杂结构的超高温陶瓷既困难又昂贵。这些材料中的强共价离子键和金属键抑制了足够的原子流动性以减轻加成过程中的热诱导应力，并且在加热到产生流动性的温度时可能导致分解，因此需要高后处理温度和压力辅助技术来生产致密部件。这些方法通常将几何复杂性限制为简单的轴对称形状（如圆柱体）或没有内部特征的组件。当使用 3D打印技术成形耐火陶瓷时，颗粒材料的高温固结（烧结）需要结合相或有机添加剂（分散剂、粘结剂、增塑剂、润滑剂等）以在非反应性材料上提供所需的流变和内聚特性原料。对于超高温陶瓷材料的3D打印，需要高温（＞ 2000 °C）、缓慢加热（0.1–2°C/h）和热等静压，缓慢的原子扩散阻碍了非氧化物颗粒的固结和烧结。 3D打印技术参考注意到，约翰霍普金斯大学的一组研究人员使用商用系统成功制造了超高温碳化物陶瓷。这是一种被称为两步反应的3D打印技术，制备出了具有亚毫米分辨率的碳化钛 (TiC)立方体和晶格结构。而碳化钛是一种类似于碳化钨的坚硬耐火陶瓷，具有高熔点 (3067°C)、高硬度、极高的抗压强度、耐化学侵蚀、低摩擦系数以及高导电性和导热性。该材料通常被作为金属基复合材料的增强成分使用，作为单独材料进行3D打印则未看到过报道。 https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103318 本文研究打印完未清理的晶格结构 该研究主要包括两个重要步骤： 将钛粉与酚醛树脂混合，使用粉末床激光烧结（SLS）工艺打印成生坯，期间使用氩气保护； 将坯体在甲烷（CH4）气氛中进行原位等温气固转化，经两步反应得到超高温碳化物陶瓷TiCx；为反应生成TiC，需要进一步处理。 研究发现，与不发生气固反应的其他间接增材制造技术相比，钛粉在与甲烷发生反应时释放的大量热量促进了粒子间的键合；同时，Ti转化为TiC会产生体积膨胀，弥补了酚醛树脂分解产生的孔隙，从而减少了材料收缩，获得无裂纹试样。 立方体和晶格结构生坯 生坯部分和完成转化的结构对比 温度控制和加热持续时间可用于改变生坯微观结构并调整转化率和碳化物的量，在生坯致密化之前进行气固反应，直到气体扩散率受到限制，这种两步后处理程序可能被证明在创建致密、坚固的 超高温陶瓷组件方面最有效。在此反应合成过程中，必须仔细控制温度、气体成分和加工条件，确保同时发生放热反应、反应结合和致密化，从而生产出结合良好、致密性更高的TiC部件。 该技术制造的立方体块体和晶格结构细节 对晶格结构进行热冲击实验 研究人员使用该技术打印了立方体块体和金刚石立方晶格结构，其中晶格结构的分辨率达到50μm，具有足够的强度且无裂纹。经过快速、高温加热，晶格结构能够在1300°C的峰值稳态温度保持2分钟；经过热冲击测试的晶格保持了机械性能并能够支撑800g的氧化铝耐火砖。 总的来说，这项研究为实现非氧化物超高温陶瓷的增材制造开创了一种可行的方法，进一步的研究将能推进该技术在火箭推进、高超声速热防护及其他极端环境中的应用。 参考：Reactive two-step additive manufacturing of ultra-high temperature carbide ceramics 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 2.为特殊金属和特种陶瓷开辟一种可行的3D打印解决方案 3.2300万！燕山大学陶瓷增材制造课题获科技部国家重点研发计划支持 4.陶瓷3D打印面临的挑战，一种增韧解决方案与未来市场

3D打印技术参考注意到，NASA于10月19日发布消息称，其最近成功测试了由3D打印制造的铝合金火箭发动机喷嘴。此前由3D打印制造的火箭发动机喷嘴材料通常为镍基高温合金、铜合金或不锈钢，由铝合金制造喷嘴是第一次报道。材料的改变使喷嘴更轻，可携带更多有效载荷，从而为深空飞行奠定基础。 根据该机构的合作机会公告，NASA马歇尔太空飞行中心的工程师与Elementum 3D公司合作，开发了一种可焊接铝，其耐热性足以用于火箭发动机。与其他金属相比，铝的密度较低，可用于制造高强度、轻质的部件。 然而，由于铝对极热的耐受性较低且在焊接过程中容易破裂，因此到目前为止，铝通常不用于火箭发动机零件的增材制造。此前，NASA发起了名为Reactive Additive Manufacturing for Fourth Industrial Revolution Exploration Systems (RAMFIRE-ACO，用于第四次工业革命探索系统的反应增材制造)项目，以期为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。该项目下，NASA与 Elementum 3D合作，通过工艺开发、表征和测试来推进高强度铝合金的大规模定向能量沉积 (DED)工艺制造，并使供应链可供更广泛的航空航天、汽车和其他行业使用。 先进铝合金是具有高强度、高导热性和低重量的理想组合，使其成为许多复杂运载火箭结构的理想选择。高强度铝合金的使用受到这些合金较差的可焊性和可打印性的限制。Elementum 3D利用获得专利的反应增材制造 (RAM) 技术开发了一系列用于激光增材制造的可打印高强度铝合金。这些原料的强度等于或超过可比的高强度锻造铝合金，同时与锻造铝合金不同，它们还可以焊接和3D打印。这些铝合金目前被用于太空、航空航天和汽车行业，并为新的创新设计铺平了道路。RAMFIRE项目将把这些铝合金发展至大规模DED工艺，为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。  带有整体通道的大型气动塞式演示喷嘴的制造工作正在进行中 NASA和Elementum 3D将所开发的变体铝合金命名为A6061-RAM2，并使用其进行喷嘴打印。火箭喷嘴具有小的内部通道，基于再生冷却原理防止熔化。使用传统的制造方法，喷嘴可能需要多达一千个单独连接的零件。RAMFIRE喷嘴采用一体式设计，所需的连接大大减少，并显著缩短了制造时间。  NASA的月球到火星目标需要能够向深空目的地发送更多货物，这种新型合金可以在制造能够承受高结构载荷的轻型火箭部件方面发挥重要作用。STMD先进制造首席技术专家John Vickers表示：“质量对于NASA未来的深空任务至关重要。像这种成熟的增材制造和先进材料项目，将有助于发展新的推进系统、太空制造和月球、火星及其他任务所需的基础设施。” 铝合金火箭喷嘴成功测试 今年夏天早些时候，两个RAMFIRE喷嘴使用液氧和液氢以及液氧和液甲烷燃料配置完成了多次热火测试。由于压力室超过825磅每平方英寸 (psi)（超过预期的测试压力），喷嘴成功累积了22次启动和579秒（接近10分钟）的运行时间，这表明喷嘴可以在最苛刻的深空环境中运行。 NASA工程师在成功进行热火测试后检查RAMFIRE喷嘴 “这个测试标志着喷嘴的一个重要里程碑，在对喷嘴进行一系列严格的热火测试后，我们证明了该喷嘴能够承受月球着陆器规模发动机的热、结构和压力负载。” 除了成功建造和测试火箭发动机喷嘴外，RAMFIRE项目还使用RAMFIRE铝材料和增材制造工艺来建造其他先进的大型部件用于演示目的。其中包括直径为 36英寸（914mm）的气动塞式喷嘴，其具有复杂的整体冷却通道和用于低温流体应用的真空夹套罐。 采用A6061-RAM2 铝材料开发真空夹套制造演示罐，该组件专为低温流体应用而设计，设计有一系列壁厚约为1.5mm的整体冷却通道 NASA和行业合作伙伴正在努力与商业利益相关者和学术界共享数据和流程。多家航空航天公司正在评估这种新型合金和LP-DED增材制造工艺，并寻找将其用于制造卫星和其他应用部件的方法。 与标准生产技术相比，增材制造的零件可以提供复杂的几何设计，并大大节省成本和进度，为推进系统的设计开辟了新的领域。材料选择在系统设计、性能和重量方面也发挥着重要作用。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.ORNL和NASA合作，3D打印一体式月球车车轮，减少组装 2.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 3.62页成果下载：ASTM发布由NASA支持的增材制造现场监控技术战略指南 4.NASA着力开发火箭发动机的多合金和多工艺增材制造

3D打印技术参考注意到，关于波音与空客在使用3D打印技术制造直升机零件的新闻在近日集中出现。两家公司均涉及到批量3D打印，通过对比传统制造工艺发现，3D打印在一定情况下可以更加便宜。这不禁让笔者联想到，GE公司此前的探索也发现，采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济（点击）。 波音：3D打印小批量生产更经济 报道称，波音公司已开始使用3D打印为波音AH-64阿帕奇攻击直升机生产零部件，目标是缩短较长的制造交货时间并改善供应链。波音公司在一次贸易展上表示，最初的部件（旋翼系统的接头）已经在世界上最大的金属3D打印机之一上打印出来，由此可以看出该部件的尺寸较大。波音计划于2024年春季测试完整的3D打印旋翼系统原型。 波音公司表示，生产第一个3D打印部件只需45分钟，而传统生产则需要一年时间。其长期目标是采用3D打印技术制造过去需要昂贵锻造技术生产的数千个零件。该公司同时表示，除了缩短交货时间外，3D打印还可以更加经济，尤其是对于小批量生产。然而，对于大批量生产，该公司将继续依赖传统制造。此外，3D打印在某些情况下可以实现更高的材料强度。 波音公司将首先检查关键磨损部件，如果该技术得到证明，它可以简化阿帕奇战斗直升机的生产和维护。 空客：3D打印轻量化组件节约运营成本 除波音公司外，空客直升机公司也被报道使用高科技制造解决方案提供商通快制造的3D打印零件改善了燃油消耗。 如今，空客直升机公司已使用部分通快金属3D打印机批量生产飞机部件，以此实现了两个目标——轻质结构和节省燃料。 近期，这家航空航天巨头在德国建立了一个新的3D打印中心，扩大了其增材制造能力，通快为该中心提供了金属3D打印所需的机器。空客直升机中心现场经理表示：“通过创新的制造工艺，我们正在开发未来的直升机。除此之外，3D打印有助于减轻组件的重量”。 欧瑞康3D打印的空客卫星部件 空客直升机公司称，3D打印的飞机零部件将帮助飞机运营商减少燃油消耗，最终降低成本。这些3D打印零件还可以使航空航天业变得更加环保，因为它可以通过降低飞行中的二氧化碳排放量来减少该行业的碳足迹。 这家航空航天巨头正在利用3D打印技术为其电动城市客车和高速赛车直升机制造飞机部件，空客A350和A320等客机也将配备了3D打印零件。通快首席执行官强调了采用3D打印技术如何节省成本并减少浪费，他表示：“增材制造可以节省昂贵的原材料，并可以降低航空业的生产成本。3D打印机仅使用设计师实际需要的材料来制作其组件，并最终在飞机上起飞。另一方面，传统的制造工艺需要比最终产品多十倍的原材料。因此，在铣削或切削时，大部分原材料最终都会被浪费”。 空客直升机公司批量3D打印的A350 客机组件 中国商飞增材制造中心主任张嘉振指出，3D打印通过轻量化组件的制造，可以通过为飞机减重的方式减少飞机全寿命周期内的运营成本。比如减重1公斤，在其整个运营周期内可以节约几十万人民币，即使零件的制造成本比传统工艺更高，综合来说这也是划算的。 GE：3D打印代替铸造，成本更加经济 大多数制造商都难以在支付了铸模费用的情况下，放弃使用铸造而选择金属3D打印，主观上的成本考量都不会将两者相提并论。然而，GE Aviation和GE Additive在2021年的合作证明，金属增材制造可以与传统铸件的价格持平。其成功制造的四个3D打印部件将削减多达35％的成本，这足以让管理部门淘汰旧的铸模。 同样重要的是，GE Additive的工程师从识别目标零件到3D打印最终原型，总用时仅10个月，而使用铸造工艺生产这些零件则需要12-18个月甚至更长时间。GE Aviation的增材制造部门负责人表示，这是他们第一次发现金属3D打印比铸造还要便宜，即便在有外部供应商报价的情况下，金属3D打印仍然具有成本优势。 与以往利用零件合并来减少组装从而降低大量成本不同，此次3D打印的零件完全基于铸造模型，没有任何的设计更改。这一发现让GE Aviation着手寻找其他发动机上更多的零件，并采用金属3D打印来降低成本。 END 通过本文的案例可以说明，在计算3D打印成本的时候，不能以单一的思考方式计算其直接制造成本，应该综合考虑各种因素，要对比制造需求、组件性能提升带来的综合价值等因素。在不同的场景需求下，来判断使用传统加工手段还是3D打印技术。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.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 2.380万欧元！空客大手笔签订3D打印零件制造合同 3.波音扩大电弧增材制造工艺测试，将3D打印大型铝合金构件 4.CONTEXT最新3D打印报告：工业级、专业级和桌面级市场变化趋势

增材制造技术基于离散-堆积的独特成形原理，相较传统制造技术，在降低生产成本、提高生产效率以及制造复杂结构零件方面具有较大的优势，已经在航空航天、核能和医疗等高度定制化领域逐渐代替传统制造技术。传统的增材技术仅限于成形单一均质材料，已无法满足特殊性能零件的生产要求，如火箭隔热罩、热交换管、发动机腔等热端部件，这些零件在工作区域要保持高耐热和高导热性，而在非工作区仅需要保持一定的强度，同时还要求降低生产成本。 多材料增材制造技术是将多种材料按照结构和功能要求集成在一个零件上，在材料成分、形状结构和宏观性能上具有更高的设计自由度，能够通过精确调整将不同的材料沉积到构件的任意位置上，根据环境或结构要求对零件进行特殊定制生产，突破了传统多材料制备技术的诸多限制，适用于制备功能和结构复杂的零件，生产成本低且性能优异，是高性能零件最理想成形方案。 典型多材料体系的组合和应用 由于传统L–PBF设备的送粉系统是通过刮刀/辊式在同层均匀铺粉，难以实现同层或不同层点对点精确沉积多种材料，这成为限制L–PBF成形多材料的主要问题。因此，如何设计传统粉末床的送粉系统成为制备多材料的关键，现有多材料送粉系统分为刮刀送粉系统、超声辅助送粉系统、电子照相送粉系统和刮刀 +超声辅助送粉系统。来自中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究人员发表了题为“激光多材料增材制造技术研究进展和展望”的文章，介绍了多材料增材制造技术影响界面结合强度的主要因素及消除缺陷的方法；介绍了目前不同的送粉方法和每种送粉方法的优缺点；讨论了工艺参数对多材料增材制造的影响规律；最后总结了该技术目前的瓶颈性难题，展望了未来的主要研究方向。 多材料 L–PBF 送粉系统示意图 01刮刀送粉系统 刮刀送粉系统是最早实现多材料打印的装置，两个或多个粉末容器可以分别储存和输送两种或多种粉末。但是这种送粉系统仅可制造沿沉积方向上的多材料构件，难以实现同沉积层的多材料沉积，可适用的材料体系有限，因此不具备发展潜力。新加坡的研究人员升级了标准 L–PBF 的送粉系统，使用双粉末仓成功实现了铜 –不锈钢双金属的成形，这种成形制件存在尖锐的材料界面，材料突变极易在材料界面处产生孔隙、裂纹和分层等缺陷，难以实现商业应用。  多材料构件打印过程02超声波辅助送粉系统 超声波辅助送粉系统最早是在选择性干粉输送中得到广泛研究，该装置可以以均匀的送料速率送粉，其精度可以达到微米级水平，但是逐点超声波送粉的效率较低，限制了该送粉系统在粉末床中的应用。曼彻斯特大学的研究人员使用超声波振动按照不同的几何模型将多种材料的干粉颗粒输送到粉末床上，成功激光成形了二维的多材料组件。  03电子照相送粉系统 电子照相技术在工业印刷行业的应用非常成功，它是利用静电力将材料选择性地转移到基材上，因此，有学者提出将电子照相技术应用在3D 打印中来实现多材料选择性增材制造。虽然该系统能够快速、精确地输送多材料粉末，但是堆叠成三维零件仍存在一定难度，因为电场会随着沉积厚度的增加而减小。Stichel等开发出一款基于粉末床的电子照相送粉系统，证明了该送粉系统制造多材料具有可行性，并且在印刷粉末层的表面和光电导体之间实现恒定电势，降低了沉积层厚度相关性。电子照相技术目前仍存在不足，如工艺参数不当会导致粉末意外掉落，极易造成粉末污染，此外还需要对沉积的粉末进行材料和粒度上的分类。  由FraunhoferIGCV系统创建的多材料3D打印部件 04刮刀 + 超声辅助送粉系统 刮刀 + 超声辅助送粉系统是目前比较理想的解决方案，该系统由曼彻斯特大学的研究人员提出，集成了刀片和超声粉末分配器，并且使用真空粉末抽吸装置，能够精确去除粉末。通过超声波振动激励信号精确控制粉末流的开始和停止，使用超声波振动可以改善干粉流动，破坏粉末团聚，确保实现稳定且连续的粉末流动。使用该装置成功制备出一系列的316L不锈钢和Cu10Sn铜合金组成的多种金属材料制品，证明了该系统不仅具备可行性，还提高了粉末沉积效率，但送粉效率仍需进一步提升。 多材料 L–PBF 送粉系统示意图 曼彻斯特大学打印的多材料零件 与传统单一材料的设计不同，多材料成形软件应具备对材料力学性能、空间分布和几何形状进行设计的功能，基于体素建模的3D CAD软件可以实现这些功能，但是需要建立完备的材料学资料库来匹配，目前仍不具备多材料增材制造成形的专业性。而市面上仅有的几款软件，如ParaMatters和Monolith等多材料增材制 造工具软件主要用于成形聚合物，对于金属材料的应用较少，因此今后需要对多材料增材制造软件进行深入探索和设计。 作者介绍 韦超，博士，正高级工程师，博士生导师。现任激光极限制造研究团队负责人，研究领域包括：多材料增材制造、难加工材料激光复合加工。已获中国科学院、浙江省等人才项目支持，已被纳入中国科学院特聘研究岗位。任《极端制造》国际期刊青年编委、中国机械工程学会极端制造分会委员、英国机械工程师学会特许工程师/会员、英国激光用户协会青年委员会委员。 激光极端制造研究中心（隶属于中国科学院宁波材料技术与工程研究所），成立于2022年6月，英国皇家工程院院士李琳教授担任中心主任。现有研究团队百余人。前沿科学研究聚焦于揭示激光与材料作用新机理，具体研究方向包括：单原子材料物化反应机理及调控、奇异光场与物质作用机理及调控、复合能场相互作用机理及调控；工程应用研究重点针对难加工材料激光制造工艺与装备，具体研究方向包括：脆硬材料激光加工、复合材料激光加工、高端合金激光加工、纳米材料激光调制、极端环境材料加工。 注：本文内容来自《激光多材料增材制造技术研究进展和展望》，已获作者团队授权。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.数十激光+米级幅面！2023年国内重量级SLM金属3D打印新品装备一览 2.SLM-可进行多金属3D打印的材料体系，制造潜力、难点与要点 3.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力 4.调查研究：金属增材制造技术行业应用差异及释放潜力的条件