研华科技（以下简称“研华”）是全球知名的工业物联网厂商之一，其业务分布全球28个国家，在全球拥有约8,900名员工。2023年是研华成立的40周年，也是其在江苏昆山扎根的23个年头。作为工业物联网的实践者与赋能者，近些年来研华科技大力投入数字化工厂的建设，不仅利用自身AIoT（人工智能物联网）技术，也积极引入外部的创新技术，3D打印技术便是其中之一。 ▲昆山研华园区 研华工厂生产过程中需要大量使用非标定制件——PCB定位治具。过去，这些治具主要采用委托外加工，并使用电木材质，通过CNC加工的方式完成。然而，随着时间的推移，在使用CNC外协过程中的问题逐渐增多了起来。 01加工成本增长趋势下的挑战 首先，加工成本不断推高——随着上海经济辐射圈的逐步扩大，昆山当地的房价和物价水平不断升高的同时，老的CNC操作人员不断流失，而愿意从事CNC加工的年轻人在减少，导致近两年CNC加工的费用逐年增长。 其次，委外生产的生产周期往往较长，通常需要1-2周时间。当面对需要快速响应的客户需求，往往无法及时响应并影响交付计划。 第三，灵活性受限，传统的委外形式，一旦图纸发出就很难更改，无法灵活应对产品设计的迭代，遇到紧急且设计变更频繁的需求，往往只能重新制作。 02改变思维，利用3D打印技术 面对这些挑战与困难，研华昆山工厂MPM栗经理一直在寻找新的技术与方案进行改善。一次与总部同事的技术交流时，谈到了这个问题，总部同事当时就给他推荐了3D打印技术。 在横向对比了多家3D打印设备之后，研华购入了Raise3D Pro2 Plus的设备，对于当时的这个决定，栗经理还是比较满意的：“当时别人给我推荐的是另外一款国外的设备，我们前前后后做了多项调研，最后选择了Raise3D Pro2 Plus。”对于为何选择，栗经理进一步补充解释道：“首先是精度，我们做了多轮的样件测试，也在内部做了比较，测试下来令我们啧啧称奇的是Pro2 Plus的高精度。” “确保精度的同时，打印尺寸比较大。虽然大部分我们的夹具都比较小，大概都是20cm以下的小件，但是偶尔也会打一些大的零件，305×305×605 mm尺寸足够大，能够满足这些制件需求的同时，你又不用为这个额外多花大几万，那就非常具有性价比了。” ▲研华昆山工厂在用的Pro2 Plus “另外，还有很多细节的地方，如同我说的一样，这台设备有很多的设计逻辑和思考，都是基于制造业企业端来思考的，像我们看到的外在的丝杆、喷嘴、拖链，内在的很多像RaiseCloud这样的‘团队管多台’逻辑的云管理平台、像ideaMaker这种脱机、封闭且安全的切片软件，甚至是这个设备的重量——你真的很难想象这样的小小一台桌面机居然有100斤！” 033D打印定位治具，轻松实现降本增效 “我们的设备安装在工厂工程师的工作室，操作简单，工程师会用UG，SW软件，所以很快就可以上手操作。原来我们用CNC外发需要两周时间，但在使用Raise3D Pro2 Plus后，我们的生产速度提高了很多，大一点的件20个小时就可以制造出来，表面也不用任何处理，就已经很够用了。” ▲利用Raise3D Pro2 Plus打印的PCBA装备定位治具 “从材料方面来讲，目前主要使用PLA耗材，相比以前使用的电木材质，价格更低，由于通常我们填充一般30%或50%，只在需要强度的地方用ideaMaker调整成实心结构，在不影响结构强度的前提下实现轻量化处理，材料的利用率就会更高，大大的降低了成本。这样整体下来，治具成本相当于原来的10%左右。” ▲利用Raise3D Pro2 Plus打印的自动测试机台快拆治具 以创新技术实现成本效率的优化，同时兼顾高可靠性，是包括研华、舍弗勒、SKF等工控企业选择Raise3D品牌打印机的原因。 展会预告：2023年10月24-27日，第27届亚洲国际动力传动与控制技术展览会（PTC ASIA 2023）将在上海新国际博览中心召开！Raise3D复志科技将展示在原型设计、模具制造和个性化定制以及小批量生产等工业制造领域的数字化解决方案。Raise3D复志科技诚挚邀请您莅临OE2  A801 数智液压广场，一同探讨行业前沿，交流经验，共同见证制造业数字化转型的无限可能。 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.最大12kg打印！Raise3D发布光固化3D打印解决方案 2.99.95%！国产Raise3D桌面级3D打印技术具有颠覆性的成功率，广获应用 3.最新：国外团队使用中国3D打印机发表Science重磅研究 4.60平米打印幅面！美能源部支持开发迄今最大砂型3D打印系统

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享 近日，美国能源部公布了新一轮的资助计划，Voxeljet和GE Research一同获得1490万美元的资助，对所谓VX9000粘结剂喷射砂型3D打印系统进行开发和商业化。这套系统是两家公司于2021年宣布的合作项目，美国能源部此次提供额外资金是希望其完成开发并推向市场。 Voxeljet当前已经商业化的最大打印尺寸的系统为VX4000，成形幅面为4x2x1米，使用针对3D打印优化的呋喃树脂和标准化石英砂或二氧化硅打印铸造砂型，打印头的工作分辨率高达200dpi。 VX9000的推出势必进一步增加打印尺寸，使之成为迄今为止新的世界最大粘结剂喷射3D打印机。根据现有的资料，增材制造技术前沿注意到，该打印机将用于生产名为Haliade-X的下一代风力涡轮机关键部件。该机型的打印尺寸将达到目前VX4000的七倍多（规划打印幅面60m2），如此巨大的构建空间为大幅减少所需的独立组件数量铺平了道路。 VX9000与VX4000对比 Voxeljet不同机型的生产效率 新的制造技术将为风能和水能领域生产金属近净成形（NNS）组件，从而减少生产时间和成本。VX9000 是voxeljet开发和制造的尺寸突破性的3D砂型打印机，用于增材制造10吨至60吨以上铸件砂型。美国能源部资助的主要目的是以加速美国各州向清洁能源的过渡。除voxeljet外，GE Research还选择了GE Hydro、GE陆上风电、GE海上风电、克莱姆森大学、橡树岭国家实验室（ORNL）和Hodge Foundry作为该项目的合作伙伴。 VX4000砂型打印机GE 可再生能源公司的代表性水轮机 通用电气公司海上风力发电机舱 先进铸造单元项目的建立是为了加强美国制造业和专业知识，以提高大型金属近净成形部件在其国内生产的成本效益，从而符合拜登政府的清洁发电战略。 GE Haliade-X装有机械部件的海上机舱重达60多吨，VX9000的目标是将生产这种模型和模具所需的资助时间从大约十周减少到两周。这种新颖的制造技术有可能将水电总成本降低20%，并将交货时间缩短四个月。该项目还将包括使用粘结剂喷射3D打印机对16 吨转子轮毂的生产进行优化，以及开发用于组装超过10吨的弗朗西斯转轮的机器人。为了帮助确保该项目的成功实施，相关方正在为当地劳动力发展创建先进制造课程，以培训和吸引工人了解这种3D打印制造技术的细节。 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.聚合物3D打印晶格结构的准静态和动态压缩行为 2.ORNL和NASA合作，3D打印一体式月球车车轮，减少组装 3.中华文化：3D打印一次成型，数字回归实现文物1:1复刻 4.金属激光增材制造中的激光熔化模式 | 清华大学赵沧教授最新研究

对于粉末床激光熔融工艺（LPBF）来说，粉末逐层扩散和熔化的基本思想是简单的，该过程涉及一系列高动力耦合物理现象，包括粉体动力学、传热学、物理学等。流体动力学、相变、热应力和变形，导致极其复杂的过程-结构-属性关系。粉末扩散过程实质上是许多粉末颗粒与刮刀和基板(或已打印部分)之间的相互作用，而惰性气体流量也可能会有影响。这里的驱动力主要包括重力、碰撞、正常接触力、滚动和滑动摩擦，同时还有像范德华力一样的附着力以及静电排斥力，粉末床的质量会影响随后的熔化过程。在激光熔化过程中，激光束在粉末和熔池表面之间反射，向材料中传递能量。根据熔池的形状和尺寸，一般熔化模式分为传导模式和锁孔模式。传导模式是在相对较低的激光功率强度下实现的，产生一个半圆形的熔池。相比之下，使用相对较高的激光功率，会引起强烈的金属蒸发，并在熔池中形成一个较深、细长的腔，就出现了锁孔模式。此外，在这两种模式之间还存在一种过渡模式。 高能量强度引起包括对流、传导和辐射在内的高瞬态热传递；按照诱导非平衡相变，包括熔化、凝固、蒸发和凝结，使熔化的液体和蒸气与周围的气体和粉末颗粒更加复杂。当粉末动力学改变了原粉末床的结构，而阻力等驱动力与粉体扩散时的驱动力大不相同；另外，由于蒸发、扩散、对流和化学反应，化学成分也会发生变化，如氧化作用反过来影响多相流行为。多相流动会直接导致许多缺陷，如孔隙和包体。这些极端的热条件，不断变化的边界和成分条件显著影响了组织的演化，如从晶粒成核、生长到粗化，这些本身基本上是长期存在的科学问题，特别是对含有3个以上成分的合金而言。独特的自建微结构通常远离传统的准平衡相图。糊状带中的树突生长反过来会影响熔化液在熔化池边界附近的阻力。已打印部件的机械性能直接由微观结构决定；例如，柱状颗粒会导致各向异性，由于在树突间区域的脆性相可以降低延展性。另外，在凝固过程和随后的循环加热和冷却过程中会出现大的温度梯度，再加上某些材料中的固态相变，通常会导致显著的热应力和变形，从而降低拉伸强度、尺寸精度，热应力有时甚至会在缺陷发生时导致裂纹(凝固裂纹、液化裂纹和变形裂纹)或不利的微结构，这是致命的失败。热应力反过来又可能影响微结构的演变；例如，已证明增材制造的金属中的高密度位错主要是由压缩-张力热应力循环引起的，热应力可能促进动态再结晶。到目前为止，过程-结构-属性之间的关系还远未得到全面的理解，即使是对于那些非常普通的、成分简单的金属也是如此。 在上述过程-结构-性质关系中，有许多影响因素，即使是一些不受控制的或不可避免的变化，如在储存和再利用过程中粉体的表面氧化，也会引起制造工艺并通过整个过程-结构-属性链进一步传播。此外，这些影响因素中有很多都与材料的性质有关，通常需要经过多次反复试验，才能确定每种新材料的适当制造参数窗口。粉体的扩散特性和粉层的质量对粉体的扩散参数和粉体性能均有敏感性。有些是可以控制的或稳定的，如扩展速度和固有材料性质，但其他诸如粉末尺寸分布、形态、表面粗糙度、氧化物膜，在粉末生产、储存和再利用期间可能有所不同。在熔化过程中，影响激光特性的因素包括波长、极化、光束形状和尺寸；制造参数有激光功率、扫描速度、扫描间距等；以及粉末和材料的参数，如导热性、表面张力、粘度和比热，其中大部分取决于当地温度和化学成分。从凝固过程中的晶粒/树突晶成核和生长到凝固后的各种固态相变的非平衡微观结构的演变，不仅受到中尺度熔池流的位置和时间依赖的热/合成条件的影响，而且还受到微观尺度的沉淀和溶解的影响，在这些条件下，更多的材料参数起着重要作用，但更难在实验上测量或从理论上近似。机械性能主要由微观结构决定，也受残余应力的影响较大。残余应力来自热应力的演化，并由热条件、组织演变和材料参数共同决定。模量、泊松比及热能膨胀系数会随温度而变化。这些影响因素对有效选择和优化制造参数提出了挑战，特别是那些无法控制甚至不明的参数对确保质量一致性提出了巨大挑战，这是阻碍许多工业广泛应用的瓶颈问题。 另一方面，这些影响因素为操纵制造过程、调整微结构以及调整机械性能的一致性提供了大量的机会。另外，一些外部的磁场、超声场可以实现进一步调控结构和属性。采用激光束成形控制不锈钢熔池的时空演化，从而获得了较低的孔隙度、较好的表面质量。在打印过程中添加活性气体，大尺寸的氧化物颗粒在Lpbf过程中改善了常温和高温力学性能。在激光粉化工艺中应用了高强度超声波，实现了钛-6Al-4V样品中柱状晶粒向细等轴晶粒的完全过渡，同时提高了屈服应力和拉伸强度。然而，大多数实验研究的重点是某些金属合金的微观结构和力学性能，而不是制造的动态过程和微观结构的演变。因此，对过程-结构-属性关系仍缺乏全面的了解，而且由于以往实验结论的推广有限，今后对不同材料和设备的研究在很大程度上仍然主要依靠昂贵的试错实验，而不是具体而明确的指导。 为了解决质量不一致的问题，有效优化各种材料的制造参数，充分发挥操纵制造过程、微观结构演变和机械性能的潜力，必须研究基本物理机制，以便深入了解过程-结构-性能关系和这些影响因素的影响。传统的实验定性方法主要获得间接证据，不足以理解制造过程中复杂的动态现象。最近的研究进展表明现场实验和基于物理的计算建模是强有力的工具，提供前所未有的深入了解潜在物理机制。 一方面，实验数据提供了直接证据，可以用来验证仿真模型。另一方面，模拟结果可以提供更多无法在实验中测量的信息，并以更清晰、更量化的方式解释实验观测的机制。更重要的是，理解物理机制的最有效和最有力的方法是整合和协同现场实验和高保真物理建模。因此，有必要一并审查这两种研究工具，其目标如下：(1)了解它们的重要性和局限性，这些重要性和局限性主要是相辅相成的；(2)强调整合这两种工具的巨大协同作用；(3)确定值得今后研究努力的宝贵专题。 来自新加坡国立大学和威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员为此发表了“In-situ experimental and high-fidelity modeling tools to advance understanding of metal additive manufacturing”一文，刊登在机械制造领域顶刊《International Journal of Machine Tools and Manufacture》上。 https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2023.104077 在该研究中，首先介绍了经典物理学中的临界物理现象及其基本原理。详细阐述了现场同步X射线成像和衍射；总结了粉末动力学、熔化池流、微结构演化；同时也简要提到了基于物理模拟结果的数据驱动建模——这是一个不容忽视的发展趋势。最后，讨论了现场实验和高保真度模型的未来前景。 在金属3D打印中用于过程-结构-属性研究的X射线特征化和高保真度建模工具 现场同步X射线用于激光金属增材制制造过程的特征分析 两个典型的小型粉床现场X射线成像装置   高保真模型主要包括粉末动力学、熔池动力学、微观结构演化和机械性能建模 未来现场同步加速器特性化、高保真度建模及其综合应用的前景   本文系统地回顾了两种先进的研究工具，即原位同步加速器X射线表征和高保真度建模，它们用于探索金属增材制造技术的基础物理机理。它概述了原位X射线成像和衍射的基本原理、能力、应用和局限性，粉末动力学、熔池流动、微观结构演变和机械性能的高保真模型，以及数据驱动模型。此外，还讨论了这些技术的局限性、挑战和未来前景。本研究的主要结论如下： 目前，有两种先进的X射线表征工具用于监测金属3D打印的过程。原位X射线成像用于研究飞溅、熔池、凝固和裂纹，而原位X射线衍射能够观察凝固和热循环过程中的相变和应力演化。要获得高质量的结果，需要仔细设置样本厚度和曝光时间，以提高信噪比和空间分辨率。然而，这些技术仅限于二维，因此很难完全捕捉整个过程； 高保真度模型涵盖了多种现象，包括粉末动力学、熔池流动、相变以及应力和裂纹演化。尽管这些模型具有很高的物理保真度，但它们的发展受到两个主要限制：巨大的计算成本和缺乏材料特性。结合这些模型来预测零件的质量，从加工到性能，从微观到宏观，仍然是一个重大挑战； 为了探索L-PBF的基本原理，应该结合使用实验和模拟工具。尽管原位X射线表征和高保真度模型是在不同的平台（真实和虚拟平台）上开发的，但它们共同作为补充工具，探索这些制造过程中涉及的复杂机制； 数据驱动建模可以提供一种更快的方法来提取结果的特征，并通过使用实验和模拟数据来优化处理参数。尽管数据驱动模型有助于预测优化参数和指导制造，但L-PBF的基本原理和结果的物理机制仍然难以解释。 原位同步加速器表征可以直接研究金属3D打印的过程、结构和性能，而高保真度模拟可以分析这些现象背后的物理原理。这两种先进的工具是相互作用的，应该在克服各自问题的基础上结合起来探索金属3D打印的物理机制。 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.聚合物3D打印晶格结构的准静态和动态压缩行为 2.ORNL和NASA合作，3D打印一体式月球车车轮，减少组装 3.中华文化：3D打印一次成型，数字回归实现文物1:1复刻 4.金属激光增材制造中的激光熔化模式 | 清华大学赵沧教授最新研究

能量吸收材料和结构的开发是为了通过变形和损坏来分散或减轻动态载荷的能量，从而保护相关器件免受损害。它们已成为现代技术的重要组成部分，具有广泛的应用，涉及国防、个人防护设备、工业、汽车和航空领域。此外，在性能、重量和人体工程学之间实现良好的平衡通常是吸能材料和结构开发的一个关键目标，因此，许多研究集中在特殊设计和（多）材料解决方案上，如蜂窝结构、拉胀材料、泡沫结构、三周期最小表面结构(TPMS)和张拉整体结构。最近，受自然启发模仿体心立方（BCC）和面心立方（FCC）晶体结构中原子排列的晶格结构由于优异的机械性能引起了广泛研究兴趣。这些结构由立方晶格排列的互连支柱或梁组成，兼具轻质、强度、刚度和能量吸收能力。然而，这些复杂设计的使用通常受到制造工艺的限制。 3D打印无疑已经成为制造这些结构的新技术。通过逐层制造，越来越多的定制结构和创新几何形状得以实现。这项技术的关键优势来自设计自由度，这也是人们越来越感兴趣的原因。此外，该技术可打印多种材料，包括聚合物、金属、玻璃甚至混凝土。3D打印的工艺类型也多种多样，包括立体光刻、选择性激光烧结以及熔融沉积等。熔融沉积（FDM）工艺是一种低成本的消费级3D打印技术，该工艺打印的零件同样具有良好的机械性能，适合多种应用；其次，该工艺原料处理简单，打印部件不需进一步后处理。最后，FDM是一种相对简单且经济高效的技术，可获得广泛使用。 聚合物具有许多优点，包括降低成本和易于设计复杂结构。PLA和ABS是最常使用的两种聚合物，它们具有相对较低的熔化温度，易于通过FDM技术加工。另一方面，Tough-PLA是PLA的改性材料，提高了韧性和抗冲击性，其中添加了增强剂并对PLA的聚合物结构进行了改性，机械性能得以提高。 3D打印蜂窝/晶格结构设计的原理已通过大量研究得到确立，这些研究检查了结构与性能之间的关系，特别是在能量吸收领域。然而，应变率对机械行为的影响也不容忽视，特别是当这些组件可能暴露在严酷的负载环境中时。对碳纤维增强PEEK的动态行为研究发现，随着填充密度的增加，样品的机械强度增加，而变形减少；对PLA的研究发现，韧性会随着应变率的增加而增加。对采用激光烧结3D打印的热塑性弹性体的非线性机械行为(TPE)研究发现，尽管使用了更先进的工艺，但TPE的机械性能根据构建方向的不同而存在显著差异。对激光粉末床熔融(L-PBF)打印的316L不锈钢五种三周期最小表面（TPMS）片基结构在准静态和动态加载条件下的机械性能研究发现，所有五种结构在动态载荷下均表现出改善的机械性能。当前，仍需要对增材制造部件（材料或晶格结构）的动态机械响应进行更多研究，以提供有效的表征方法。 国外的研究人员近期使用FDM技术研究了聚合物晶格结构的机械性能，以探究它们在准静态和动态负载环境下能量吸收应用的潜力。此外，他们尝试建立了两种热塑性原材料的机械行为与3D打印块状样本的准静态/动态行为之间的相关性，以研究它们在准静态和动态下对晶格结构的能量吸收能力的影响装载条件。这些样品使用ABS和Tough-PLA打印，研究还包括评估FDM打印工艺对前驱体长丝机械性能的影响。此外，研究了准静态拉伸和压缩测试下打印方向对样品机械性能的影响，随后测试评估了材料的应变率敏感性。 通过实验，对三种不同晶格结构（BCC、FCC和BCC+FCC）在两种相对密度下的动态和准静态力学性能进行了详细比较。使用落锤对晶格结构进行冲击测试，对两种加载条件下的平台应力和能量吸收值进行分析和比较。 根据ASTMD-637-I标准方法进行拉伸试验的狗骨试样的插图,不同的栅格方向:(a)0°,(b)45°和(c)90°   准静态拉伸试验的实验装置:(a)3D打印试样试验和(b)丝材试验 准静态压缩试验条件:(a)3d打印的样品,(b)晶格结构定位图和(c)准静态压缩试验的实验设置和示意图 分离霍普金斯压力杆测试设置:(a)用于动态压缩测试的霍普金斯压力杆系统的总体视图和(b)霍普金斯压力杆测试设置的示意图 带有单元格的晶格结构的CAD模型说明:基于(a)BCC单元格、(b)FCC单元格和(c)BCC+FCC单元格的晶格结构 3D打印的晶格结构准静态压缩试验的实验装置和示意图 准静态应力-通过对纤维试样进行拉伸试验得出的应变曲线:(a)ABS纤维和(b)Tough PLA 准静态应力----通过对具有不同光栅方向的3d型印刷试样的拉伸试验获得的应变曲线:(a)ABS型试样和(b)Tough PLA试样 动态应力----在3d打印圆柱形试样上进行的具有不同方向的什压压缩试验所获得的应变曲线:(a)ABS试样和(b)Tough PLA试样 用FDM 3D打印工艺,制造具有不同单元和相对密度的3D打印晶格结构 变形过程：在准静态压缩试验下的3d印刷晶格结构(a)BCC试样,(b)FCC试样和(c)BCC+FCC试样 在动态压缩试验条件下,BCC、FCC、BCC+FCC 3d打印结构的变形过程 拉伸试验发现，FDM工艺对原材料的力学性能有很大影响，试样的晶格取向对材料性能有明显的影响。研究介绍了3D打印的ABS和Tough PLA圆柱体的准静态和高应变速率响应。在改变打印路径时，它们的抗压强度没有显著的差异。结果表明，ABS和Tough PLA在高应变速率动态压缩和准静态压缩下均表现出韧性行为。对于两种材料和所有参数配置，与准静态压缩测试相比，在高应变速率载荷下，屈服应力显著增加。 研究发现，晶格的相对密度在控制晶格结构的压缩和能量吸收性能方面起着关键作用。FCC和BCC+FCC晶格显示出具有高初始峰值应力的拉伸主导曲线。与ABS结构相比，Tough PLA结构表现出明显更大的阻力。 与准静态试验结果相比，跌落试验结果发生了显著变化。应变速率的影响在试验中是显而易见的。当暴露在动态负载下时，这三种拓扑结构表现出脆性行为。由于连接处的应力集中，支柱分离，导致结构连续性丧失，从而导致应力曲线大幅下降。这些现象极大影响了晶格结构在动态载荷下的吸收能。这项研究使未来能够对这些结构进行分析，以便更有效的设计它们来吸收冲击能量。解决压缩载荷期间应力集中问题的一种可能解决方案是采用基于表面的晶格结构，如TPMS，与基于桁架的晶格相比，其表现出更平滑的挤压行为。 参考：Experimental investigation of the quasi-static and dynamic compressive behavior of polymer-based 3D-printed lattice structures 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.中华文化：3D打印一次成型，数字回归实现文物1:1复刻 2.ORNL和NASA合作，3D打印一体式月球车车轮，减少组装 3.HP与知名运动品牌合作开发3D打印跑鞋 4.清华大学最新《Science》：开发出无机材料普适性3D打印新方法

近年来，增材制造作为一项生产技术已经越来越重要。特别是，金属激光粉末床熔融工艺已在航空航天、医疗、工具制造以及通用机械和工厂工程等行业实现批量生产。增材制造工艺提供了高度的设计自由度，可以根据发生的负载来优化组件结构，从而可以大量合并零件。功能集成的可能性也已在许多行业得到开发，可以有针对性的制造固态接头或多孔结构。然而，到目前为止，这些组件始终由单一材料制成。 高制造成本与高额回报  仔细观察增材制造的工业应用就会发现，批量生产通常是在高科技应用中实现的。这不仅是因为在高科技领域需要最大的设计自由度以实现优化的器件性能，而且还因为在此类应用中更高的制造成本更可能被接受。其原因是，由于在使用组件过程中不断实现节省，生产成本可以在短时间内得到补偿，甚至过度补偿。 因此，可以进行投资回报计算，其中几年、几个月甚至几天内实现的节省超过了生产部件增加的成本。例如，如果阀块不是通过传统铣削和钻孔方法制造的，而是通过增材制造设计 (DfAM) 进行流量优化，可以减少流量损失。这就可以使用更小的泵体，从而不仅节省投资，而且节省持续的能源成本。鉴于我们已经看到这些高科技领域利用增材制造实现了新的可能性，很明显这些领域也将受益于多材料增材制造。  多材料3D打印工艺步骤 根据ISO/ASTM TR 52912的定义，多材料组件是包含至少两种牢固结合在一起的不同材料。纵向多材料组件的生产（在连续层之间发生材料变化）目前已经可以在大多数商用SLM机器上进行，其过程是首先打印一种材料到一定高度，然后将粉末更换为另一种并以上一种材料打印的零件作为基体继续打印。在该过程中，将面临整个机器的清洁，如有必要，还可能需要进行集尘器、密封组件的更换。  沿工艺链进行多材料加工的挑战 总之，上述方式实现的多材料增材制造相对耗时，所实现的材料复合仅能是二维截面。对于3D多材料部件的打印，两种材料必须同时存在于一层内。因此，3D多材料组件的特点是材料可以随机分布。此时，传统的打印机无法实现多材料粉末的铺设。对于通过SLM工艺生产3D多材料部件，有必要在软件和硬件方面对现有的打印机进行改造，并在每个步骤中调整工艺链。 01模型预处理 首先，材料分布需要由设计者定义。这可以由应用设计师通过自己的专业知识或使用模拟工具来完成。一旦知道所需的材料分布，就需要为增材制造工艺生成零件的三个子模型。对于每个材料部分，需要一个单独的模型（子模型），以便允许在SLM打印过程中进行合适的参数设置。  多材料SLM工艺的零件建模：每个材料部分都需要自己的子模型以允许后续分配参数  多材料零件的参数化，重点关注两种特定材料 A 和 B 之间的过渡区 (C)。说明：Ed = 能量密度，PL = 激光功率，vscan = 扫描速度，dHatch = 填充距离 除了按材料生成的子模型之外，还需要第三个子模型来描述材料之间的过渡区域。对于每个部分，构建过程通常需要特定参数，以确保材料具有足够的质量。这意味着，为了获得高相对密度值和无裂纹材料，每个材料区域的激光功率、扫描速度和填充距离可能会有所不同。此外，根据扫描顺序，可能会发现零件质量存在差异。 02铺粉过程 多材料SLM工艺中最重大的挑战是对多种材料实施铺粉。传统的铺粉机构无法在一次构建作业中应用两种粉末材料。因此，需要对设备和软件进行重新设计才能实现多种粉末的铺设。德国Fraunhofer IGCV 实验室对一台SLM Solutions SLM® 280 2.0进行了改造，使其能够铺设和打印多材料。该机器在一次构建作业中能打印两种粉末材料。此外，铺粉机构配备有抽吸装置，能够去除多粉末层，多材料循环遵循以下步骤： 将材料 A 铺在第 n 层并根据设计进行熔化 未凝固的粉末材料A被抽吸装置吸走 根据 CAD 设计，材料 B 被铺设在第 n 层并熔化，未熔化的粉末材料 B 保留在构建室中 构建平台降低一层高度，并对第 n+1 层重复步骤 1 遵循步骤 1-4 中描述的原理，材料 B 保留在构建室中，而材料 A 则不断地被抽吸装置吸取    Fraunhofer IGCV 实验室的多材料SLM® 280 2.0 机器内部视图 03后期处理 除了单一材料加工中已经熟悉的挑战（例如从零件中去除松散粉末或去除支撑结构）之外，粉末混合物的分离是多材料加工带来的关键挑战。在步骤 1-4 中描述的铺粉过程中，两种粉末材料的混合是不可避免的。理论上，仅去除一种粉末就足够了，通过完全移除材料 A，仅留下材料…

3D打印技术参考注意到，美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)和NASA的研究人员于近日展示双方合作3D打印的月球车车轮原型，显示了该技术在制造对太空探索至关重要的专用部件方面的潜力。 该部件基于一辆名为挥发物调查极地探测车(缩写为VIPER)的月球车，它是NASA“阿耳忒弥斯”(Artemis)计划的一部分，负责探寻月球极地的水资源。此次3D打印的月球车车轮就是基于该探测车的设计，NASA打算在2024年部署这款探测车，用于绘制月球南极的冰和其他资源地图。 ORNL和NASA 3D打印的月球车车轮原型，将对其进行测试并与传统制造的车轮进行比较 NASA机械设计工程师（左）和ORNL研究员（右）检查3D打印的月球车轮原型（图片来源：CarlosJones，ORNL/美国能源部） 该原型车轮由镍基合金制成，宽度约203mm，直径为508mm。使用3D打印，该团队实现了复杂的轮圈设计，没有额外的成本或制造挑战。相比之下，实际将在月球上工作的VIPER车轮需要多个制造工艺和组装步骤，VIPER的50片轮辋由360个铆接接头固定在一起。为了满足任务的严格要求，制造过程需要复杂且耗时的机械加工。 如果3D打印的车轮与传统制造的车轮的坚固性相匹配，未来的探测器车轮可能会选择这种单打印轮圈，该轮圈在ORNL只花了40个小时就生产出来。3D打印工艺引入了倾斜侧壁、圆顶形状和波浪形胎面等功能，从而增强了车轮的刚度。 3D打印允许将精细的设计细节（如圆顶形状的波浪胎面）纳入原型月球轮中（图片来源：CarlosJones，ORNL/美国能源部） 美国宇航局机械设计工程师兼休斯敦美国宇航局约翰逊航天中心增材制造实验室经理理查德·哈根表示，“许多车轮特征的加入只是为了强调增材制造的用途，它可以轻松实现传统工具甚至传统加工难以实现的设计功能。”尽管3D打印的轮子原型并非注定要登上月球，但其符合NASA VIPER轮子的设计标准。进一步的测试将评估这种设计及其制造方法，以用于未来的太空任务。 增材制造可以减少能源消耗、材料浪费和交货时间，还支持复杂的设计并允许定制材料属性。美国能源部的制造示范设施十多年来一直引领此类技术，并于2022年使用3D打印机开发了车轮原型。这台打印机的大小足以容纳一个人，其配备两台同步激光器和一个旋转的构建板，以选择性地将金属粉末熔化成所需的结构。 打印月球车轮原型的团队成员在3D打印机前展示成果（图片来源：CarlosJones，ORNL/美国能源部） “在相同的激光功率下，这极大提高了生产率”，负责新型激光粉末床熔融系统开发的Peter Wang表示，并补充说沉积速度提高了50%。“我们只是触及了该技术的皮毛，我真的认为这将是激光粉末床打印的未来，尤其是大规模和批量生产。”王和项目团队成员最近发表了一项研究，分析了电动机等打印组件技术的可扩展性。 3D打印简化了车轮设计并降低了成本   尽管为车轮提供了更复杂的辐条结构和锁定功能，但3D打印简化了车轮设计并降低了成本，并使最终组装制造变得更加容易。Wang强调，打印机的独特性与团队在自动化和机器控制方面的专业知识相匹配。研究人员利用橡树岭国家实验室开发的软件将车轮的设计进行了分割——两个激光器可均匀分配工作——从而实现高效生产。 该打印机仅适用于特定材料，因此也有局限性。当打印厚度相似时，3D打印的车轮比VIPER的铝制车轮重50%。NASA打算在NASA约翰逊航天中心或专门的测试设施的流动站上测试这种3D打印车轮的性能，评估各种性能指标。 挥发物调查极地探测车(VIPER) 作为阿耳忒弥斯计划的一部分，在月球上建立的载人研究站将需要地外制造能力。“能够在太空中制造维修零件非常重要，因为你无法获得足够的备件，用于打印的粉末、颗粒或长丝更容易包装，并且具有更大的灵活性“，哈根表示。 橡树岭国家实验室的研究人员监测原型月球轮的打印过程 “增材制造提供了灵活性，只要有原料，就可以制造所需要的任何替换零件，无论是在太空还是在地球上，”橡树岭国家实验室火星车轮项目的负责人布莱恩·吉布森表示。这就是增材制造引起一系列替代需求的原因，从快速制造的模具到难以采购的铸件和锻件。对于太空探索，3D打印最终可以使用来自月球或火星的当地材料作为原料。 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：NASA 5700万美元支持月球基地3D打印技术研究 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

文物是历史文明的印记，现代3D打印技术与历史文物，究竟会碰撞出什么样的火花呢？近些年，借助全新的技术，我们能够以辅助的技术方式呈现拥有悠久历史的文物，从而为观众提供更多的趣味性和更细腻的互动体验。但鲜为人知的是，在上述这些创新展示中，3D打印技术扮演了关键性的角色。   中华缠枝纹薄胎玉壶 近日，一部特火的短剧《逃出大英博物馆》掀起一阵“让文物回家”的热潮，该剧将大英博物馆中的一盏中华缠枝纹薄胎玉壶（以下简称玉壶）拟人化，以一种生动有趣的方式展现了玉壶逃离大英博物馆的过程，引发了人们对中国文物流失海外的关注和思考，并加深了对中国文物流失问题的了解，从而引起更多人对文物保护的关注与重视。 《逃出大英博物馆》 中华缠枝纹薄胎玉壶的原型——青玉薄胎茶壶，并非历史文物，而是一件来自苏州的工艺品，出自中国工艺美术大师、苏州玉雕省级非遗传承人俞挺之手  中华缠枝纹薄胎玉壶由一整块十三公斤的青玉玉料，历经半年时间精雕细琢而成，采用传统中国茶壶形制，壶上有宝相花、壶身缠绕福寿藤。值得注意的是，薄胎工艺是中华缠枝纹薄胎玉壶的最大亮点。普通玉器器皿的胎壁厚度差不多在5毫米，薄胎玉器器皿的胎壁只有1毫米左右。因为只有达到这个薄度之后，玉器才会产生一定的透光性，在灯光的辅助下产生发光的感觉，就像大家在网上看到的“发光”的中华缠枝纹薄胎玉壶一样。RAYSHAPE 3D打印，让玉壶“回家”团圆 文物思家国，国人盼物归，如果文物会说话，那定是话语间都充满思国之情。在2023年中秋节即将到来之际，铼赛智能（RAYSHAPE）专业团队决定利用3D打印技术，让玉壶“回家”团圆。 铼赛智能（RAYSHAPE）将3D打印数字化解决方案用于复刻玉壶。选用自主研发的红蜡树脂材料，它是一款高端模型树脂，该材料成型精度高，具有高精度、高表现力等优点,使用该材料打印的模型效果图案精细，使得玉壶的细节表现力极佳，可轻易获得精细的缠枝纹图案，是高端手办、潮玩的最佳模具材料，打印件可直接用于翻模或定制最终产品。 RAYSHAPE红蜡树脂打印的玉壶 同时，为了更好的复刻出原型玉壶的颜色透光性，RAYSHAPE专业团队还选用自主研发的铸造蜡型树脂材料来复刻玉壶，可以看到复刻的玉壶表面非常光滑，高度还原出壶盖和壶身上的所有玉雕细节。另外，铸造蜡型树脂材料晶莹通透，完美复原了采用薄胎工艺原型玉壶的透光感。 RAYSHAPE铸造蜡树脂打印的玉壶 文化与3D打印技术相辅相成、相互促进熟悉RAYSHAPE的朋友都知道我们专注于高精度光固化3D打印技术，具备3D打印机、软件、材料、工艺等环节的自主开发与应用落地能力。无论是文物的数字化建档、修复，还是雕塑、手办模型的数字化设计，处处都有RAYSHAPE 3D打印技术的身影。 随着时代的发展，3D打印技术的出现和应用，开辟了文物保护、修复、复刻和展示的新纪元。我们可以看到，3D打印在文化的展示和传承中起到了承上启下的作用。 3D打印通过数字三维技术，使得历史文物能以新面貌、新方式展示在世人面前，这不仅让历史文化得到更好的保留、还原和传承，还作为一种纽带为我们讲述了一个历久弥新的故事，千年历史与现代串联起来，让历史文物在现代科技的保护下，焕发出了全新的生命力。 如果您对RAYSHAPE 3D打印的中华缠枝纹薄胎玉壶感兴趣，可以添加RAYSHAPE-3DP，微信获取模型数据。 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.RAYSHAPE完成A+轮融资，发布4K大尺寸DLP 3D打印机 2.HP与知名运动品牌合作开发3D打印跑鞋 3.3D Paint：将二维图像转换为3D模型 4.清华大学最新《Science》：开发出无机材料普适性3D打印新方法

惠普MJF技术是当前尼龙、弹性聚氨酯等粉末材料重要的3D打印技术之一，自诞生以来已取得巨大的商业成功，并与激光烧结3D打印工艺竞争激烈。惠普公司也因此在3D打印技术领域站稳脚跟。该公司指出，其独特的3D打印解决方案使汽车、医疗保健、工业、包装、消费品和体育用品等行业的制造和生产更加可持续。与传统制造相比，使用3D打印生产最终零件和原型的速度更快，并且可以使用更少的能源、更少的时间并带来更少的浪费。 3D打印技术参考注意到，在10月5日的惠普Imagine大会上，其公布了与 Brooks Running的新合作伙伴关系，并指出此举将颠覆高性能跑鞋市场。Brooks Running是一家具有百年历史的美国知名运动鞋和运动服装品牌，专门设计和制造跑步鞋、跑步服装和相关运动配件，是全球领先的跑步鞋品牌之一。2022年1月，该公司成为美国成人高性能跑鞋业中的顶级品牌，市场份额达到21%。双方合作带来的第一个创新成果是Brooks Exhilarate-BlueLine跑鞋。 惠普与Brooks Running的合作可以追溯到2017年，当时这家鞋类公司依靠惠普的FitStation足部扫描仪来打造个性化跑鞋。如今，Brooks BlueLine实验室 与惠普合作采用MJF聚合物3D打印技术创建了Exhilarate-BL系列。 ‍ 具体来说，MJF用于3D打印鞋子的“3DNA”中底，旨在提供“推进力、弹性体验”。它还根据跑步者的数据专门设计和调整尺寸，以便跑步者的每一步都拥有最佳的缓冲和弹性。据报道，惠普独立验证了其MJF技术3D打印的中底，其能量回报比当今市场上90%的跑鞋中底更高。 BlueLine鞋类产品线管理和总监Nikhil Jain表示，“使用惠普的3D打印技术，我们的设计团队能够以毫米级的方式对中底元素进行微调，这是其他方式无法实现的。作为一个植根于每个人都有独特运动路径的科学品牌，我们在如何改变脚下体验并使用3D打印提供优质、高性能的跑步体验方面仅仅才开始，未来将有更大的创新潜力。” 惠普进入鞋类生产领域的独特之处在于，它正在以多种方式应对这一细分市场。虽然阿迪达斯只用Carbon的Clip技术3D打印中底，但惠普有许多用户在探索MJF工艺，用于运动鞋、名牌鞋和日常休闲服的中底、鞋面和鞋垫生产。例如，迪卡侬、Lonati集团生产的鞋中底和外底使用了MJF工艺；锐步使用惠普的工艺3D打印了整双鞋；Hilos正依靠MJF工艺生产具有3D打印中底的休闲鞋，其中80%由回收材料制成；巴塞罗那初创公司ATHOS也在利用惠普的技术创造了登山鞋。 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.生产效率大跃升！3D打印助力鞋模成功瘦身1.6KG！ 2.联泰科技3D打印助力福欣精密科技鞋模厂产业新升级 3.3D打印解决方案，以让大众消费群体穿上高舒适度的定制鞋为目标 4.鞋类新视角！万物皆可3D打印？

铜及其合金由于具有优异的机械性能、热、电性能，被广泛应用于核工业和航空航天工业。CuCrZr和CuCrNb合金都是沉淀硬化型合金，通过各种增材制造工艺打印的两种合金目前已经引起人们的极大关注。由于近红外激光的高反射率，通过传统激光粉床熔融（L-PBF）工艺打印铜合金仍然具有挑战性。本期，增材制造技术前沿依据上海理工大学研究团队在《Materials Design》一文，介绍当前3D打印制备CuCrZr和CuCrNb合金研究现状，总结通过各种3D打印工艺；汇总提高铜合金对激光能量吸收率的三种方法，分析了微观结构，沉淀析出相，机械性能、导电率和导热性能，最后总结3D打印CuCrZr和CuCrNb合金的前景与发展。为避免混乱，本文仅以CuCrZr为例进行阐述。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111419 1.介绍 铜及其合金由于优异的机械性能、热性能和腐蚀性能，在工业中得到广泛应用。到目前为止，增材制造纯铜和铜合金的研究已经开始呈现爆发式增长，其中包括铜铝（Cu-Al），铜镍（Cu-Ni），铜铬锆（Cu-Cr-Zr）和铜铬铌（Cu-Cr-Nb）等。CuCrZr合金是一种沉淀硬化型合金，被广泛用作燃烧室，热核实验反应堆的壁，液体火箭发动机部件等，其合金元素主要为Cr：0.5-1.5wt.%，Zr：0.05-0.2wt.%，Cu余量。由于Cu对激光的吸收率差，通过AM来打印致密铜合金组件目前仍然具有挑战性。激光的高反射率会降低可用于熔化粉末的能量，反射的激光会对设备进行损坏。铜合金的高导热性会导致高热梯度散热，这可能导致加工时分层和卷曲现象的发生。迄今为止，已经报道了许多关于CuCrZr合金AM的研究。 2. 增材制造工艺、吸收率和能量密度 2.1 增材制造工艺 迄今为止，纯铜和铜合金已通过不同AM工艺制备，主要包括粉末床熔融（PBF），粘结剂喷射（BJ），冷喷涂（CS）和定向能量沉积（DED）等。激光粉末床熔融（L-PBF）和电子束粉末床熔融（EB-PBF）是基于PBF增材制造工艺，其中激光束或电子束用于熔化粉末。BJ工艺也是一种粉末床工艺，其中粘合剂分布在粉末床上用于选择性地熔化粉末。CS是一种粉末进料沉积工艺，它使用会聚-发散的超音速喷嘴在超音速/跨音速气氛下将金属粉末喷射到基板上。以线材为原料的DED工艺在不同的热源上可分为激光线定向能量沉积（LW-DED），弧丝定向能量沉积（AW-DED），混合激光-电弧定向能量沉积（HLADED），电子束线定向能量沉积（EBW-DED）。到目前为止大多增材制造CuCrZr合金都是通过PBF和DED工艺，相应的原理图如图1所示。 图 1.制造CuCrZr和CuCrNb合金的不同增材制造工艺的示意图 2.2. 增强粉末对激光的吸收率 铜基合金对激光的吸收率主要取决于环境条件、粉末表面、熔池温度，特别是激光波长。由于Cu对红外激光的高反射率在增材制造过程中会发生热损失。高反射率对增材制造设备有害，并造成巨大的能量损失。低功率输入不能使粉末完全熔化。另一方面，高入射功率会导致样品中的锁孔效应。为提高铜合金对激光能量吸收率，制备高致密度块体试样，主要提高CuCrZr粉末对激光的吸收率方法有三种：采用短波长绿激光器，相比较红外激光，采用短波长的绿激光器会使得CuCrZr对激光的吸收率提高3-4倍；打印参数的优化，高的线能量密度会使粉末对激光能量吸收率进一步提高；对CuCrZr合金粉末表面进行适当修饰，主要手段为采用物理或化学方法在CuCrZr合金粉末表面粘结其他元素，以提高粉末对激光的吸收率。 2.3 打印参数优化 为打印出完全致密的CuCrZr样品，在激光打印过程中需要优化工艺参数。主要参数包括激光功率、扫描速度、铺粉层厚、激光光斑直径等。目前已经有大量研究表明L-PBF工艺参数对CuCrZr的影响。一般来说，根据体积能量密度（VED）和相对密度来评估打印零件的质量。图2为近年来不同VED输入下CuCrZr合金的相对密度。可以发现不同文献中最高的相对密度是不同的。VED 范围从200∼1600 J/mm3。当 VED 在 200-600 J/mm3范围内时，样品接近合金的理论密度。 图2 CuCrZr合金相对密度与VED的关系 3. 微观组织结构 3.1. 增材制造CuCrZr晶粒形貌 与其他增材制造金属一样，大多增材制造CuCrZr合金具有柱状晶结构，这取决于凝固速率和热梯度。采用L-PBF打印CuCrZr合金微观结构如图3所示。在CuCrZr的水平平面上可以观察到激光扫描过后的痕迹。图3a和3b是晶粒和亚晶的边界（晶粒的平均尺寸：115±60μm）。亚晶的形成与扫描策略有关。水平平面和垂直面的晶粒形貌具有明显的不同，晶粒沿打印方向被拉长，平均尺寸为217±80μm（高度为363±160μm，宽度为125±60μm），由加工过程中的热梯度引起。在打印样品中亚晶粒内部存在平均尺寸为300nm的胞状组织，由于L-PBF过程中的快速冷却速率引起。胞状组织可以强化合金，490°C下直接时效处理2小时后，扫描路径消失。与打印样品相比，晶粒尺寸变化不大（图3a和3b），由于时效处理期间位错的溶解导致位错密度低于直接打印样品。   图3 L-PBF制备不同面和不同状态下CuCrZr样品的微观组织特征 3.2 AM制备CuCrZr晶体织构和取向 晶体织构对合金的机械性能有显著的影响。到目前为止，已经报道了一些关于CuCrZr合金织构的研究。与L-PBF制备的CuCrZr合金相比，AW-DED和HLADED 制备的CuCrZr合金具有更强的织构（27.86和18.69）。除了L-PBF制备的CuCrZr合金外，AW-DED和HLADED制备CuCrZr 合金都没有明显的取向。AW-DED和HLADED制备的CuCrZr合金的强织构可能源于加工时输入相对较高的能量。迄今为止还没有关于其他增材制造 CuCrZr合金晶体结构的详细研究报告。 3.3. AM制备CuCrZr合金中的析出相 CuCrZr是典型的沉淀硬化铜合金。沉淀析出的大小，分布和形状对合金的机械性能有显着影响。由于不同的AM工艺中的冷却速率不同，合金原子可能会在基体中沉淀或溶解。到目前为止AM制备CuCrZr 合金中已经报道了 Cr、各种CuxZry、ZrO2纳米析出。L-PBF制备的CuCrZr合金中，Cr在铜基体中沉淀，样品中还发现柱状晶和孪晶。晶界和孪晶界阻碍位错移动，从而强化合金。此外在晶粒中观察到一些沉淀，可能是Cr相。同时晶粒内部析出数个椭圆形颗粒，沿晶界分布，平均尺寸范围为 50-100nm（图4）。AM制备CuCrZr合金中的另一种沉淀物是铜锆金属间化合物（CuxZry），包括Cu4Zr、Cu5Zr、Cu51Zr14沉淀等，此类沉淀也能强化合金。Cr和Zr原子在L-PBF过程中溶解在铜基体中，直接时效处理后，沉淀析出，可能是Cu5Zr或Cu4Zr，Zr沉淀平均尺寸范围为5-30nm（图5）。还有研究认为析出颗粒是Cu51Zr14和CuZr2沉淀，图6是不同热处理CuCrZr的XRD（SA、SA+AH和DAH处理分别代表固溶退火、固溶退火后时效处理、直接时效处理）。目前关于析出相还没有统一的定论，也有研究发现ZrO2、Zr2O3等析出。 图4 L-PBF CuCrZr 合金的 TEM 分析 图5 L-PBF制备CuCrZr 合金中的 CuxZry 颗粒：(a)直接时效处理后，纳米沉淀Zr被CuCrZr样品中的Cr颗粒包围；(b) SEM 显微照片显示了CuCrZr样品中的沉淀物；(c-e) 图(b)相对应的Cu、Cr、Zr元素分布。 图6 (a) L-PBF制备CuCrZr样品在不同状态下的 XRD，表明样品中有CuxZry和Cr析出；(b) L-PBF制备CuCrZr样品在不同状态下的垂直面和水平面的XRD，存在CuxZry和Cr沉淀 本文内容来自增材制造技术前沿，下篇将介绍该合金的机械、电气和热性能及未来展望。 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.首都航天机械有限公司实现超大尺寸铜合金产品的高效增材制造 2.纯铜增材制造，挤出3D打印工艺优势突显 3.结构、功能一体：增材制造GRCop-84铜合金晶格结构的力学行为 4.In625-铝青铜│双金属火箭喷嘴3D打印制造及热火测试过程

2020年，特斯拉推出了一体化压铸车身成形技术，采用该技术的ModelY后地板总成由79个部件合并为一个，焊点由700-800个减少到50个。一体压铸的后地板总成不需进行热处理，制造时间由传统工艺的1-2小时缩减至3-5分钟，整体制造成本下降40%。同时，特斯拉宣布将应用2-3个大型压铸件替换由370个零件组成的整个下车体总成，重量可进一步降低10%，对应续航里程可增加14%。 很明显，一体化成形技术使新能源汽车制造实现了降本增效和轻量化，因此备受关注。3D打印技术参考注意到，外媒近日揭示了特斯拉的铸造创新实际上集中在了砂型3D打印上，而且该公司正在与多家从事该技术的公司合作。  来自特斯拉（盖世汽车图） 特斯拉对于某些汽车模具的材料选择正在从金属模具过渡到铸造砂模。 特斯拉取得的突破集中在如何设计和测试如此大部件的巨型模具以进行大规模生产，以及铸件如何将带有内部肋的空心副车架结合起来，以减轻重量并提高耐撞性。根据路透社的详细文章，到目前为止，汽车制造商一直回避铸造更大的结构，铸造1.5 平方米或更大的零件可以提高效率，但成本昂贵，并带来无数风险。 对于传统的金属模具，仅仪表板模具的成本就在10万美元到15万美元之间，而保险杠模具的成本可能在5万美元到10万美元之间。发动机部件模具的起价约为2万美元，最高可达8万美元或更高，具体取决于复杂程度和材料。 而一旦制作出大型金属测试模具，设计过程中的机加工调整一次可能会花费10万美元，或者完全重做模具可能会花费150万美元。一位专业人士表示，大型金属模具的整个设计过程通常需要花费约400万美元。此外从噪音和振动、装配和表面处理、人体工程学和耐撞性的角度来看，可能需要六次甚至更多的调整才能获得完美的模具。 马斯克从一开始的愿景就是找到一种将车身底部铸造成一体的方法。而如此高的成本使得特斯拉对3D打印砂模的探索成为汽车制造业潜在的革命性发展。 这种看似简单的材料选择转变可能会改变整个行业的游戏规则。 相比之下，3D 打印砂模提供了更加灵活且更具成本效益的解决方案。工程师可以使用数字设计文件和3D打印机轻松修改设计，并且可以在数小时内以极低的成本打印出新的砂模。使用砂型铸造的设计验证周期仅需两到三个月，而金属模具原型则需要六个月到一年。从噪音和振动、装配和表面处理、人体工程学和耐撞性的角度来看，可能需要六次甚至更多的调整才能获得完美的模具，3D打印无疑能更快速的创新和调整设计方案。 路透社称，砂型铸造的设计验证过程的成本（即使有多个版本）也是最低的——仅为金属原型的3%。  除特斯拉外，宝马和奔驰也已经在采用粘结剂喷射砂模3D打印技术。 从事粘结剂喷射3D打印技术开发的知名厂商Desktop Metal在其官网展示了其已为多个全球汽车品牌提供服务——包括特斯拉、宝马、雷诺、大陆和福特——其中许多品牌使用该公司的技术来3D打印最终用途汽车部件。2021年12月-2022年11月，该公司从同一家德国汽车制造商获得了总价值1690万美元的粘结剂喷射3D打印系统订单，并特别指出是用于“数字铸造”。这家德国汽车制造商，普遍被认为是宝马汽车。 宝马增材制造产业园中的Exone金属打印机 而在2022年的古德伍德速度节上，奔驰展示了一款名为VISION EQXX的概念车。它在2022年6月的一次真实道路续航实验中，实现了1次充电续航1202公里，平均百公里电耗8.3kWh的记录。这款车型引起汽车行业广泛关注，3D打印技术参考注意到，VISION EQXX大量使用了轻量化的技术和材料。 其中，VISION EQXX的整个后副车架将70多个部件整合为一个单一的、仿生、优化结构铝铸件。为了生产梅赛德斯有史以来最大的铝铸件，该公司使用了一个巨大的3D打印砂模，该砂模据称使用了公司内部的voxeljet粘结剂喷射3D打印机制造。其他部件如悬挂支架，也是由3D打印模具铸造而成。 VISION EQXX由70多个部件整合的巨大铝铸件 该整体化的后副车架由奔驰内部开发，使用了完全数字化的技术和软件方法，在汽车行业中是完全独特的，结果是在可用的紧凑空间内实现了最佳功能，并在短短四个月内完成了这一单体大尺寸零件铸造。 VISION EQXX巨大铝铸件整体展示 最重要的结构标准是具备极高的刚度和出色的碰撞性能，一体式铸件的优点在于将功能集成在一个极其轻量化的单个组件中，而不是将多个零件组装在一起。除了后副车架铸件外，VISION EQXX中的另一个一体式铸件是减震器圆顶，它是容纳汽车前部的悬架组件。与后副车架铸件一样，该零件也有助于将重量保持在最低限度，与传统的压制圆顶相比减轻了约4公斤。 根据自然原理设计的结构铸件，也被梅赛德斯-奔驰注册为BIONICAST商标。 END 这些应用案例以及数据分析证明，铸造砂模3D打印技术对于汽车行业一体化制造，无论是从新车开发还是批量制造的角度，都有着极大的好处。虽然这项技术已经在多年来获得了应用，但头部的汽车制造商无疑正在对未来的汽车制造提出新的要求，粘结剂喷射砂模3D打印也将有更多的潜力可以挖掘。 国内知名的从事砂型、金属和陶瓷粘结剂喷射3D打印技术开发的峰华卓立公司指出，粘结剂喷射砂型3D打印被广泛认为是用于功能精密零件批量生产的最快增材制造解决方案，铸造行业使用该技术可快速制造出复杂的金属零件，并用于航空航天、汽车和能源行业。 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.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 2.优化铸件设计与3D打印砂模相结合，大型机械臂减重40%且保持承载能力 3.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 4.代替铸造，知名制造商将把3D打印机纳入生产线——为航空发动机等制造精密零部件