香港城市大学吕坚院士研究组实现了4D增减材复合制造形状记忆陶瓷。2023年7月30日，相关研究工作以“4D additive–subtractive manufacturing of shape memory ceramics”为题发表在国际著名期刊Advanced Materials上。该论文的第一作者是香港城市大学刘果博士，通讯作者是吕坚院士。    陶瓷等高温结构材料的发展因其极高的熔点和构建复杂结构的难度而受到限制。弹性体衍生陶瓷的四维 (4D) 打印在陶瓷的几何灵活性上取得突破。然而，陶瓷 4D 打印系统的应用受限于耗时繁琐的形状转变（变形）和材料转变（变质）独立分步的工艺过程、低精度的4D变形机制/3D结构特征/2D表面质量、及低热性能的SiOC基陶瓷。此外，现有4D打印技术制备的陶瓷材料的形状不能发生变化，而现有形状记忆陶瓷的研究受限于低材料普适性、低几何灵活性、小结构尺寸、及低形状记忆功能灵活性。 为了解决上述诸多难题，该研究提出了4D增减材复合制造形状记忆陶瓷的新范式，该范式实现了一步式变形变质4D打印陶瓷，兼具高2D/3D/4D精度、高效率、及大尺寸；研发了具有初始/反向、整体/局部多模式形状记忆功能的宏观尺寸形状记忆陶瓷；提升了所打印复杂网格轻质结构SiOC基陶瓷材料的火焰烧蚀性能。该研究有望拓展高温结构材料在航空航天、3C电子、生物医疗、和艺术等领域的应用。 研究基础 2018年8月，香港城市大学吕坚院士研究组全球首创陶瓷4D打印技术(Guo Liu, Yan Zhao, Ge Wu, Jian Lu. Origami and 4D printing of elastomer-derived ceramic structures, Science Advances. 4, 8, eaat0641, 2018)，该技术结合了3D打印，自变形组装，和弹性体衍生陶瓷（Elastomer-derived ceramics，EDCs），在大尺寸陶瓷结构的形状复杂程度，机械强度，制造成本，和适应复杂环境能力上实现了突破。该工作被欧盟委员会列为《面向未来的100项颠覆性技术创新》中4D打印案例之一，其中100项颠覆性技术绝大部分由欧美团队领先，该研究成果为4D打印技术入选的4个案例中唯一中国具有自主知识产权的工作（P. Warnke et al., 100 Radical Innovaation Breakthroughs for the future, 2019）。该工作获颁国家工业和信息化部的科学技术成果登记证书（登记号：3392019Y0014），其评价报告指出“该技术拥有自主知识产权，陶瓷‘4D’打印概念属国际首创，相关技术具有创新性和超前性，有重要的学术和技术价值”。该工作被《人民日报》(头版)、《参考消息》、New Scientist、美联社等国内外知名媒体广泛报道，入选“2019未来科技智能制造十大事件”。     研究亮点1：4D增减材复合制造陶瓷  受中国传统陶艺启发，利用陶瓷前驱体材料的易加工性，集成了陶瓷4D打印系统与减材制造、异质工程、表面工程等技术，提出了4D增减材复合制造陶瓷的新概念。    突破了先前4D打印陶瓷技术的局限性，探究了基于非接触式激励的一步式变形变质4D打印陶瓷机制。 验证了批量化高速高精4D打印陶瓷的可行性，有望将单个样品的制备控制在一分钟内。 突破了陶瓷打印领域高3D结构精度与大尺寸不可兼得的难题，十厘米级陶瓷最小特征尺寸可达十微米级。   研究亮点2：4D打印大尺寸形状记忆陶瓷 研发了4D打印形状记忆陶瓷技术，实现了整体/局部、初始/反向多模式形状记忆功能，建立了智能化控材控形控性策略。 填补了大尺寸形状记忆陶瓷、4D打印形状记忆陶瓷两项研究国际空白。 通过4D打印全陶瓷叶盘模型验证了高4D变形精度、大尺寸、复杂结构形状记忆陶瓷材料制备的可行性。   研究亮点3：2D/3D/4D前驱体抛光 研发了基于高能束或机械研磨的2D/3D/4D前驱体抛光技术，化陶瓷抛光为前驱体抛光，化曲面抛光为平面抛光，并利用前驱体在陶瓷化过程伴随的收缩效应，改善了3D/4D打印领域普遍存在的台阶效应，为高2D表面质量、复杂形状陶瓷材料的制备提供了新思路。在全陶瓷叶盘模型示范中，通过机械研磨和激光抛光，曲面陶瓷叶片的表面粗糙度分别降低了65%和37%，有助于延长叶片的使用寿命。 研究亮点4：复杂网格轻质结构陶瓷材料热性能 针对SiOC非晶陶瓷材料高温应用受限的痛点，探究了原子层沉积（ALD）技术对3D/4D打印复杂网格轻质结构SiOC基陶瓷材料火焰烧蚀性能的提升作用机制，拓展了复杂结构SiOC基陶瓷材料的高温应用前景。 该工作利用ALD技术在3D/4D打印复杂网格结构SiOC基陶瓷材料的表面制备Al2O3涂层。作用机制分为以下四个方面： 第一：Al2O3为六方致密结构，可有效阻隔外界氧气往基体内部扩散，避免SiOC氧化； 第二：当SiOC用于航空发动机关键构件，会发生水氧腐蚀现象，原理是SiOC会与氧气发生，形成SiO2，而SiO2会与发动机燃料燃烧形成的水蒸气发生反应，形成Si(OH)2挥发物。而Al2O3比SiOC具备更高的耐水氧腐蚀性能； 第三：Al2O3会与SiO2反应形成莫来石（3Al2O3·2SiO2），莫来石具备高熔化温度（1910℃）和低导热系数（≤0.35 W/(m·℃)），可作为热障涂层； 第四：ALD技术可以确保Al2O3涂层在3D/4D打印陶瓷表面的全方位均匀覆盖，在打印结构的外表面和网格内部丝材表面上都均匀形成了富Al2O3层，其对复杂结构SiOC材料的全方位保护是物理气相沉积（PVD）等传统技术很难实现的。  因此，该研究的3D/4D 可打印复杂结构SiOC基陶瓷也表现出异常的高火焰烧蚀性能。Al2O3沉积的纳晶-非晶双相（NCADP）陶瓷网格的火焰烧蚀性能明显高于未受原子层沉积的对应物。在1400 ℃的火焰烧蚀试验（1分钟）中，Al2O3沉积的AlON–SiOC NCADP陶瓷网格表现出的热稳定性，是典型热障涂层（TBC）增强的IN718合金块材的6倍。所制备的陶瓷网格的平均密度为1.2-1.9 g…

导读：对于SLM金属3D打印技术来说，提升效率的手段有哪些？增加激光数量、优化工艺、增加铺粉速度等等，SLM 3D打印技术还有多少潜力可挖？ 在保障产品质量的前提下，“成本”与“效率”是增材制造技术向产业化方向推进的主旋律。3D打印技术参考注意到，华曙高科研发团队历时数月攻关，经过充分的实验验证，圆满完成代号“奥林匹克”项目攻关——在保证高质量的前提下，进行多项设备及工艺优化，成功将某大尺寸火箭发动机收扩段零件金属3D打印效率提升超3倍，让“更高、更快、更强”的奥林匹克精神融入技术创新实践中。   该火箭发动机收扩段直径约600mm，高度约780mm，材质为IN718，华曙高科研发团队对影响成形效率的因素展开分析，归纳出20余条影响要素，并按重要级进行了分类。此次效率提升着重于光学系统、打印工艺、扫描策略、铺粉工艺、电子电气控制等方面，通过多项优化，成功将该火箭发动机收扩段成型用时由之前327小时缩短为96.5小时，生产效率提升338%。 此项研究成果对华曙高科提升金属增材制造解决方案效益有极其重要的意义。华曙高科认为，SLM技术仍有很大潜力待挖掘。未来将以此为例，对SLM技术潜力和创新应用进行深入研究与挖掘，进一步释放其创新活力和发展空间，以获得更广阔的增量市场。 为确保大尺寸工件质量与效益兼具，华曙高科采用多激光搭接技术，自主研发快速搭接算法，有效解决了多个激光之间的激光一致性、扫描振镜搭接校准、搭接稳定性、多激光扫描任务分配等问题；采用先进扫描策略，通过针对性的优化参数，实现激光、振镜的耦合控制，在保障内部冶金质量的同时，较大提升效率，相比优化前，可以节省约39%的延时用时。 多激光拼接位置效果一致振镜单线扫描形成的单道熔池 激光出光打印过程中会产生烟尘，下风向激光穿过烟尘时易造成散射，能量耗散，从而导致球化、未熔合等冶金缺陷。在多激光扫描系统中必须充分考虑上风向烟尘的影响。华曙高科通过优化大幅面风场设计，既可实现同时出光避烟打印，又减少了各激光等待时间，从而提高效率。 由于该零件带复杂内流道冷却结构，需实现低的表面粗糙度从而减少流阻，华曙高科研发团队通过优化相关参数，实现高表面质量。 为了多个激光器能够同时出光扫描，兼顾避烟，减少等待，华曙高科研发团队优化控制系统，极大减少设备等待和非工作时间，使多个激光器持续保持最大效益的出光状态，从而大大提高效率。 END 根据AMPower 2023全球工业增材制造市场报告，自2022年开始，激光粉末床熔融3D打印的一个直观的发展趋势是超过600mm加工尺寸的大型工件生产需求上升。与此同时，这些较大尺寸零件由于项目时间紧张，必须提升打印效率以节约制造时间。华曙高科积极响应市场需求，进行一系列创新技术探索，不断向大尺寸、高效率、高精度的方向努力。 提效增益，智能制造，华曙高科对技术始终不渝上下求索。未来，华曙高科将始终坚持创新与产业化的理念，为各行业用户提供更多降本、增效、提质的增材制造解决方案。 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.在线研讨：聚焦SLA 3D打印技术的最新发展、材料和应用 2.华曙高科增材制造研发制造总部项目正式启动 3.8月，传统工艺&增材制造：现场碰撞！ 4.唯一指定：铂力特中标全国第二届职业技能大赛-世赛选拔-增材制造赛项SLM打印机提供商

立体光固化成型技术 (SLA) 是率先商用的3D打印技术，由3D Systems的联合创始人兼首席技术官Chuck Hull于20世纪80年代发明。该技术使用紫外激光精确固化光聚合物，将其从流体转变为固体。部件直接由CAD数据逐层构建，可用来制作原型、熔模铸造模型、工具和最终用途部件。 数十年来，3D Systems始终致力于SLA技术和材料的创新研发和应用，2023年8月22日14:00--15：00，3D Systems将举办SLA技术分享研讨会，讲解最新的SLA技术特性、材料和应用。 SLA生产级3D打印机具有高吞吐量和超过1米的零件制造能力，具有极高的零部件分辨率并能打印多种材料。这也使其成为当前应用最多的3D打印技术之一，包括最为严苛的快速制造应用。 Chuck Hull是SLA 3D打印技术的发明者，也是有史以来第一家3D打印公司3D Systems的创始人。3D Systems一直致力于推动独创的3D打印技术，使其实现更快的速度、创新和可靠性。 在过去的30年中，3D Systems已发布了21种不同的SLA打印机，每种打印机都比以前的版本进行了重大改进，从而为用户提供了卓越的部件质量。用户不必牺牲速度或特征细节，因为在每一层使用两种激光光斑大小 — 从而提供优良的表面质量、细微特征清晰度和吞吐量。   通过与客户的密切合作，3D Systems已支持超过80种SLA 3D打印材料，并且不断根据应用需求进行优化。在现有的产品组合中可以找到用户需求的材料以匹配属性。  最新推出的开拓性的阻燃性材料Accura® AMX Tough FR V0 Black，为 SLA提供了增强的部件质量和分辨率，而在之前这只有通过选择性激光烧结技术 (SLS)和熔融沉积成型 (FDM) 技术才能实现。这种新的阻燃材料达到UL 94 V0 等级，凭借其弯曲模量加上接近 35% 的卓越断裂伸长率，在市场上处于独特的地位。这些特性与长期稳定性相结合，使全新 Tough FR V0 Black 材料非常适合打印电路板挡板、半导体设备、电气外壳、盖子、挂钩、支架以及火车和公共汽车的阻燃部件等应用。 使用 Accura AMX Tough FR V0 Black 生产的部件具有阻燃性，并通过 UL 94 V0 测试标准。这种高性能、快速打印的材料能够大批量或大规模生产可用于生产的部件 3D Systems的SLA 3D打印机既能打印具有丰富细节的精细部件，也能打印1.5米的大型部件，同时确保高标准的分辨率和准确度。即便是大型部件也能达到较高的精准度，基本不存在部件收缩或变形的现象。 SLA 3D打印工艺制造的部件的质量十分出色，可提供几乎最平滑的表面质量，因而这一技术适合于多种应用： 1）通用 • 用于外观和概念验证模型的设计验证模型• 功能原型以及用于构型和拟合测试的模型• 风洞测试模型• 高清晰度、透明的产品和组件• 复杂装配件• 发动机罩内部组件• 大规模定制2）模具和模型 • 熔模铸造模型• 金属铸件损耗模型• 定制装配夹具和固定装置• 工具、腔型模具和冲压模具• 浇注型聚氨酯/真空铸造母模3）生物应用 • 手术工具/导向器•…

近日，牛津大学等著名科研机构联合发文报道钽支架增材制造：加工、微观结构和工艺引起的缺陷。通过激光粉末床熔融工艺成功制备了高密度多孔钽支架，最终微观结构包含等轴、柱状和细晶粒，重点研究了钽激光粉末床熔融过程中工艺诱导缺陷的形成机理，研究表明通过临界参数条件激光粉末床熔融加工的钽具有更多工艺缺陷。相关研究成果发表于中科院一区TOP顶刊《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》。 www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026343682300032X 由于其高强度、高延展性、高耐蚀性和生物相容性，难熔金属被广泛用作制造医疗器械、骨科或承重植入物的生物材料。钽于1802年由瑞典的安德斯·古斯塔夫·埃克伯格首次发现，其作为生物材料的临床应用可以追溯到1940年代。利用板、箔、金属丝和带形式的钽医疗设备来准确地进行神经缝合，修复颅骨缺损，抑制术后粘连并确保止血，而不会对周围组织产生不利影响。 各种体内和体外研究证实了钽植入物优异的骨结合性，优异的生物相容性，高强度和良好的耐腐蚀性。与最常用的手术级生物材料（如Ti-6Al-4V）相比，可以在钽表面显着观察到人骨细胞的粘附，增殖和分化。尽管与目前使用的金属生物材料相比，钽具有出色的生物学性能和众多优势，但其作为生物材料的应用受到限制，特别是由于其高密度和高成本，特别是在制造大型植入物方面。 研究发现通过激光粉末床熔融方法加工固体和多孔钽的研究，但仍有一些关键问题需要深入了解和系统研究。极高的冷却速率加上金属激光粉末床熔融过程中的非平衡凝固导致了各种工艺引起的缺陷。研究人员目前已经揭示了Ti-6Al-4V植入物激光粉末床熔融过程中其他缺陷的形成，包括微凹和微凹。这些缺陷严重降低了金属植入物的机械和生物医学行为。然而目前很少有人关注评估通常在增材制造的固体和多孔钽部件上形成的工艺诱导缺陷的原因、分布、发生和形成机制。因此这项研究主要采用软件设计了钽的实心多孔支架，并采用激光粉末床熔融技术进行制备，对微观组织结构、激光粉末床熔融工艺引起的缺陷进行研究。   图1. 计算机辅助设计晶胞和孔密度各多孔支架。 图2. 激光粉末床熔融制备的固体和多孔钽试样，测量方向和尺寸 。 图3. 光学显微照片比较激光粉末床熔融制备的Ta多孔支架之间的不匹配，指示测量的支柱厚度。 图4. 通过激光粉末床熔融制备的试样设计与平均测量的支柱厚度，指示测量的支柱厚度的误差线。 图5. 激光粉末床熔融制备的多孔钽试样的SEM-EDX光谱（a）钽和氧的多个长峰和短峰，分别含有约99.5%和0.5%（b）99.6%Ta和0.4%（c）元素映射，显示钽和（c）氧的分布。 图6. 激光粉末床熔融制备的S-Ta1试样的FESEM显微照片揭示（a）由部分熔合Ta粉（b）柱状和等轴晶粒脱落，凝固诱导微裂纹和部分熔融Ta粉（c）等轴晶粒（d）细晶粒而导致的各种微凹的微观结构。图7. LPBF在低能量和高能量条件下加工的Ta固体和多孔支架的维氏硬度具有相应的误差线 相关研究结果表明，纯钽的增材制造已被提出以了解多孔支架的微观结构，并评估生物医学应用过程引起的缺陷。得出以下具体结论： 1.成功研究了钽样块和多孔支架的加工性能、微观结构、缺陷的形成机理、微观结构缺陷的类型、几何分布以及尺寸精度。  2.评估了许多不需要的微特征，例如凝固诱导的微孔、孔诱导和凝固诱导的微裂纹，以及部分熔融钽粉末脱落引起的微凹和微凹槽。3.通过边界参数设置加工的固体和多孔钽试样上，工艺引起的缺陷更致密且更普遍。然而通过填充参数条件加工的试样中凝固诱导的微孔占主导地位。  4.通过填充参数设置处理的Ta多孔支架具有最大的显微硬度，而在通过临界参数设置处理的固体Ta中观察到较低的硬度值。  5.为研究Ta在激光粉末床熔融过程中形成的缺陷，生成机理以及孔隙度的体积分布而进行的数值模拟与实验结果吻合。这表明该模型可以预测和合理化过程引起的孔隙率，并深入了解过程改进。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： 1.62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 2.面向增材制造控形与控性的多尺度力学设计 3.3D打印，半年连发8篇Science/Nature正刊！ 4.大连理工：激光-电弧混合增材制造超600Mpa高强度铝合金

在骨科植入物的制造上，电子束3D打印技术相比激光3D打印技术有着固有优势，且前者有着更早的发展历程。然而，长时间以来电子束3D打印设备都依赖进口，这给国产骨科植入物的制造带来诸多问题。 近日，3D打印技术参考注意到，我国首个采用国产电子束3D打印设备取得三类医疗器械注册证的骨科植入假体产品已经诞生。 2023年7月20日，西安赛隆增材技术股份有限公司（以下简称“西安赛隆”）合作伙伴——武汉迈瑞科技有限公司（以下简称“迈瑞骨科”）采用西安赛隆电子束3D打印设备研发的钛合金髋臼杯系统正式通过国家药品监督管理局（NMPA）审批 ，注册证编号：国械注册20233131002。该产品是我国首个采用国产电子束3D打印设备取得三类医疗器械注册证的骨科植入假体产品，标志着国产电子束3D打印骨科植入物建立起自主可控、自主创新的研发、生产体系。   3D打印髋臼杯系统注册证  从立项到取证仅耗时2年 2021年，西安赛隆与迈瑞骨科开始在电子束3D打印骨科植入物方面开展合作。西安赛隆充分发挥电子束3D打印全产业链的优势，提供了包含原料支持、设备操作、软件支持、扫描策略及工艺优化在内的全方位一站式服务，并协助迈瑞骨科开展原料、装备及工艺的验证，样件的尺寸精度、力学性能、化学成分、孔结构特性均符合相关国家、行业标准的要求。该电子束3D打印髋臼杯的孔结构具有100%三维连通、高孔隙率、高摩擦系数以及低粉末残留的特点，具有优异的骨长入效果，保证假体植入后的初期稳定性。  本次获得取证的的3D打印髋臼杯产品  项目从立项到取证仅耗时2年，体现了西安赛隆电子束3D打印设备的成熟稳定以及技术团队的专业高效。 国产技术不断突破 电子束3D打印技术具有能量密度高、生产效率快、成形应力低、真空环境无污染等特点，在骨科植入物的制造上无需后续热处理及线切割，且可以进行堆叠打印，特别适合骨科植入物低成本、批量化的快速制造。由于设备的高技术门槛以及电子枪等核心元器件、软件没有商业化产品，国内外具备商业化电子束3D打印设备制造能力的企业较少。我国电子束3D打印骨科植入物领域打印设备依赖进口，设备售价高、使用维护成本大、产品开发周期长且材料工艺包单一。 作为国内最早开展电子束3D打印设备开发的企业，西安赛隆先后突破了核心元器件、扫描路径规划、工艺以及软件的技术壁垒，推出国内首台自主知识产权的商业化电子束3D打印设备。此外，结合公司自主知识产权的等离子旋转电极雾化制粉设备，实现了高熔点金属钽、高活性锆铌合金等高品质医用球形金属粉末的制备及电子束3D打印的工艺开发，并完成百余例临床试验。  西安赛隆Y150系列（左）和T200（右）医用电子束3D打印设备 2023年，公司在国际上率先开发出了大功率、高精度、长寿命的低成本间热式电子枪，针对骨科植入物的制造需求，推出了搭载不同功率间热式电子枪的系列化医用电子束3D打印设备，设备在电子枪功率、成形精度、阴极寿命及成本等方面均达到国际领先水平，可实现多种医用金属材料骨科植入物的高精度、低成本、批量快速制造。 T200型电子束3D打印设备打印的满板钛合金髋臼杯 除了迈瑞骨科外，还有7家医疗领域客户正借助西安赛隆的电子束3D打印粉末原料、设备、工艺全产业链优势进行骨科植入物产品的开发及三类医疗器械注册工作，材料包含钛合金、金属钽、锆铌合金，产品覆盖了标准化及个性化髋关节、膝关节、脊柱、颌面等全部骨科应用场景。未来，西安赛隆将以用户需求为导向，继续精进产品与技术，为医疗客户提供更加完善、更有力的技术支持和电子束3D打印全流程服务，助力中国医疗器械企业创新升级，推动国产骨科植入物迈向新高度。 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.光固化3D打印 | 铼赛智能获ISO 13485医疗器械质量认证 2.3D扫描+3D打印，重点分析骨科微创精准矫正手术“私人定制”案例 3.Science最新：3D打印有机硅弹性体，制造出高性能生物结构 4.戏剧快要收场：Nano退出，Stratasys有望携手3D Systems，DM怕是谈了场寂寞

增材制造技术通过逐渐累加材料而非去除碎屑的方法制造零部件，因而与铣削、车削及火花电蚀等传统的材料切除工艺具有本质区别。从物品的三维CAD呈现出发，零件几乎可以说是“逐层叠加”到一组二维分层上。随后，这些分层在各自的顶部进行连续熔合，从而再现出三维物品。 通过增材制造技术，可以生产出传统制造技术无法实现的极其精确的几何形状零件，还能打印出具有集成功能特征的高度复杂的组件。通过增材制造，可以降低材料浪费率，有利于整体制造工艺。激光选区熔化 (SLM) 和激光金属熔覆 (LMD)，是过去20年里达到工业规模的成熟水平的两种激光增材制造工艺。（ 本文内容由DeburringTec去毛刺技术原创，已获得授权） △ 广义增材制造的技术内涵与分类   △  增材制造类型。根据硬件、材料要求和产品用途，增材制造可能包含多个工艺。图源：AUTODESK 采用3D打印制造的零件打印完从粉床中取来时，很少能直接做为最终产品使用，且低质量的表面可能会使其不适合某些工业用途。增材制造零件几乎无一例外都要经过磨削到精加工的后处理，以提高机械性能、精度以及表面质量。使用3D打印制作原型时这不是一个很大的问题，但随着技术向终端制造工艺过渡，规模化和自动化的后处理已成为建立增材制造生产线的关键瓶颈之一。    采用SLM技术打印完未经处理的零件表面效果 虽然改进金属粉末质量、优化成形方向和工艺参数能在一定程度上改善增材制造零件的表面质量，但是仍然无法完全解决增材制造零件表面粗糙的问题。这也是后处理所面临的共性挑战——表面质量。 从理论上讲，增材制造可以完全自由地创建复杂形状，但在实际生产过程中，对表面质量的要求往往需要对设计进行约束。如果需要进行表面加工，则对结构的限制就与过去一样；如果使用喷丸处理，则需要对薄和细长的结构进行限制。此外，表面质量问题还会导致应力集中，进而萌生裂纹，大大降低零件的抗疲劳性和断裂韧性，从而为零件的使用带来风险。另外，表面质量成本昂贵，可达到增材制造（AM）组件的60%，这无疑抑制了增材制造的研发热情。 △ 3D打印高性能植入性材料   目前增材制造主要的后处理方式包括光整加工和机械加工，如粉末清除、去应力退火、线切割、支撑去除、CNC、磨削、机械抛光、精加工以及热等静压等等。这些步骤中有些仍然需要手工操作，而且对于关键任务还需要熟练的操作人员。基于以下三个目标： 通过优化制造参数，降低增材制造零件的变化性和整体表面粗糙度，使大规模精加工变得更有效、更快速 改进大规模表面精加工技术，以适应零件复杂性的增加 降低后处理成本 因此，表面处理，是决定3D打印零件能否使用的最后关卡。 增材制造后处理方案大全 为了实施上述目标，现在有各种各样的表面处理方式可供选择，并且在不断增加。但是，在多数情况下，没有单一的解决方案能实现最终的复杂零件表面处理。在对公差和表面提出更高要求的应用中，磨削可以是增材制造的有效选择，但与精密抛光技术相比，难以获得更高的表面质量。 因此，对于增材制造表面改进和抛光有多种选择，通过不同处理方式的智能组合可以带来最佳结果。对于不同行业，尤其是前沿制造领域的增材制造，根据零部件的属性不同，选用的后处理工艺也不尽相同。 ①手工抛光：手工抛光质量严重依赖于操作者的经验水平，可重复性及一致性差，人力与时间成本高，并且抛光过程中产生的粉尘危害人体健康。 ②喷砂：表面质量更均匀。 ③离心研磨：一些机器使用离心力来增加介质施加在零件上的力，去除粗糙凸起物以实现更有效的工艺。更容易地一次处理数批零件。它们还可以配备自动介质/零件分离装置。 △ 离心圆盘精细机 图源：Belair ④振动抛光：这些机器价格相对便宜，但是形状和大小却多种多样。它们还可以配备零件进料系统和内部零件分离功能，以进一步实现后处理的自动化。 ⑤拖曳抛光：实现去毛刺和抛光。也有多种尺寸可供选择，并且具有极快的时间周期。 ⑥电解抛光：靠化学试剂的化学浸蚀作用对小型增材制造镂空结构或阵列结构零件表面松动易脱落的球化层的去除效果显著。化学抛光主要迅速去除表面粘附的金属球形粉末，电化学抛光在此基础上进一步降低表面粗糙度。 △ 干式电解抛光 图源：A3DM Technologies/GPA Innova ⑦ 等离子抛光：工件与抛光液中通电脱离的金属离子吸附在增材表面，工件凸起处电流冲击高而去除快，电流流动，凹凸不断变化，粗糙表面逐渐被整平。活化工件表面去除表面分子污染层，交叉链接表面化学物质。 ⑧数控磨削抛光：数控磨削抛光对具有复杂内曲面、多孔结构零件的加工可达性差，一般主要用于零件外表面的清洁抛光、去除氧化层等。 ⑨自适应磨削：是通过调整接触头的形状来确定磨抛加工接触面的形状，使磨抛加工实现以接触面为磨抛作业面的加工过程，提高了磨抛加工的效率。 　△ 经后处理的零件表面效果 ⑩ 超声清洗：通过超声清洗去除影响零件功能的污染物，是为染色/电镀操作准备表面的有效方法。这些清洁系统甚至可以配置在清洁、干燥和染色室中，从而加快后处理的最后几个步骤。 ⑪激光清除：激光抛光是利用高能激光束使零件表面材料重新融化来降低表面粗糙度的一种新式抛光方法。 ⑫磨粒流加工：利用磨料介质中磨粒的微切削作用去除工件表面的微观粗糙峰，以磨粒流加工技术的高加工可为克服航空增材制造复杂零件表面光整加工难题提供了一条新途径。 △ 电解质等离子抛光效果 图源：深圳市晟启科技有限公司 SLM 激光选区熔化（SLM）是3D打印技术的一种，它打破传统的刀具、夹具和模具的限制，可根据零件三维数模，利用金属粉末（粒径30μm）直接获得任意复杂形状的实体零件，解决了传统制造技术难以解决的多孔、镂空、点阵等轻量化复杂结构零件的加工制造问题，特别适用于制造具有复杂内腔结构的难加工钛合金、高温合金等零件。 △ 3D金属打印汽车零部件 图源：广州雷佳增材科技有限公司 同时，该技术具有精度高、表面质量优异等特点，成型特定的材料能够达到近乎100%的致密度。制造的零件只需进行简单的喷砂或抛光即可直接使用。可使成形的零件具有很高的尺寸精度（可达0.1mm）以及优异的表面质量（粗糙度Ra可达30~50μm）。由于材料及切削加工的节省，其制造成本可降低20%~40%，生产周期也将缩短80%。 △ A为CNC 支架义齿；B 为SLM支架义齿，两组排牙方式相同 图源：南方医科大学附属口腔医院 激光选区熔化成形技术为解决我国航空、航天、船舶、汽车、能源、化工、医疗等广大制造业领域的复杂结构件减重设计及制造问题提供了一种新的解决途径。 SLM后处理 尽管激光选区熔化成形技术几乎能够完成任意形状零件的精密制造，但其后处理的细微精度仍是精细化加工的一道难题。因为其加工的零部件表面（包括内部通道）包含AM工艺残留的粉末，初始粗糙度比较高。选择合适的表面处理系统对于组件的使用寿命和系统的整体效率至关重要。 平滑AM组件内外表面的一种方法是批量抛光。在精加工过程中，将工件浸入装有特殊加工介质的圆形工作碗中。另外，在该过程中添加了专用化合物。工作碗的振动使介质和工件以螺旋运动的方式在工作碗周围移动。介质对工件的持续“摩擦”会产生磨削/平滑效果，从而产生所需的表面质量。 △ 批量加工可有效地平滑随形冷却流道表面积 Politecnico Milano的机械和化学工程部门与Rösler Italiana S.r.l.一起评估了用于平滑AM组件的内外表面的各种处理方法（包括批量涂饰），这个过程涉及到了对不同形状和不同直径的随形冷却流道(3、5、7.5和10毫米)的零件进行质量修整、喷丸和化学支撑质量修整。三个表面处理方法的结果惊人的相似：工件表面最光滑，如相对较低的表面粗糙度读数所示，并显示出典型的化学加速精加工优势。化学支撑质量精加工方法的Ra值为0.7 µm，表面粗糙度值最低，循环时间最短。结果还表明，在垂直和水平流道中，最终粗糙度值大致相同。 △ 各向同性刻蚀轮廓包络抛光原理图 △ 钛的刻蚀轮廓包络抛光过程的轮廓与形貌演变 以钛（TA2）的超精密抛光为例，研究人员通过对电解液和击穿电压等参数的优化，实现了材料表面的各向同性刻蚀。抛光后表面粗糙度Ra值从64.1nm迅速降低到1.23nm，高效率获得了纳米级表面。 △ 各种金属材料的抛光效果图 使用人工完成原型甚至几十个零件时可能还具有成本效益，但如果生产数百甚至上千个零件时，3D打印对后处理自动化的需求就变得极为迫切。 增材制造高强度材料激光抛光 增材制造的金属部件通常具有非常粗糙的表面，从而要采用后续加工来消除，以满足金属打印部件的最终需求。由于采用传统的后续加工工艺存在耗时、需要高技能工人和自动化程度受到限制，造成传统的后续加工工艺对自由成型部件的应用受到极大的限制。 激光抛光是一种产能高、无接触和可以完全实现自动化的一种工艺，且可以使3D打印的金属部件表面获得令人满意的效果，尤其对于形状复杂且薄壁的增材制造的金属零件。 △  激光3D打印的AISI H11样品进行激光抛光的实物图…

在纯铜中添加镍、钼、钒和铬等金属，能够借助Hall-Petch和Orowan效应提高铜基体的强度。铜铬铌GRCop（GrCop-84和GRCop-42）系列是格伦研究中心专门为火箭发动机的主燃烧室衬里研发的铜合金，由于高导热性和导电性，在全球范围内广泛适用于众多应用。 此前的报道多集中于采用这两种合金制造燃烧室，对于GRCop系铜合金晶格的研究则是首次看到。晶格结构的高表面积、高强度重量比和导热特性使其在各种应用中具有吸引力。由GRCop系合金制成的晶格结构结合了该合金的高强度和导热性，同时通过使用晶格结构最大限度减轻了重量并增加了能量吸收，因此具有广阔的应用空间。而任何新兴材料的结构完整性和机械行为都是设计、制造和材料力学领域的重要研究课题。 3D打印技术参考注意到，美国亚利桑那大学和阿拉巴马大学航空航天与机械工程系的团队研究了3D打印的GRCop-84铜合金晶格结构的力学行为。该研究分析了微观结构、拓扑结构之间的相互作用及其对增材制造的铜铬铌合金(GRCop-84)晶格结构的准静态和动态行为的综合影响。测试的四种拓扑结构是相对密度为30%的八角体桁架、相对密度为20%的菱形十二面体和菱形以及相对密度为15%的十二面体，单元晶胞的尺寸分2mm和4mm两种，使用X射线计算机断层扫描和光学显微镜表征了孔隙率和晶粒结构，对打印态样品进行了准静态和动态应变率测试。 晶格孔隙率量化 对晶格结构打印态和热等静压态（HIP）分别进行X 射线断层扫描，并提出了晶格体积分数、空隙率和孔隙率的概念。晶格体积是指晶格内材料的体积，空隙体积是扫描晶格内空隙的体积。空隙体积比是由总晶格体积归一化的空隙总体积。计算空隙体积比，以量化孔隙率占总晶格体积的百分比。可以观察到，热等静压在降低晶格结构的孔隙率方面是有效的，4mm晶胞尺寸对HIP的响应更大，空隙体积比降低了40%，而2mm晶胞尺寸样品的空隙体积比仅降低了22%。还观察到基于样品的晶胞尺寸的孔隙率变化。具有4mm晶胞的HIP样品的孔隙率降低了57%，2mm晶胞尺寸的样品的孔隙率减少了44%。 本研究中使用的拓扑单元及其尺寸 ct检测孔隙度图 热等静压前后的孔隙率变化 这意味着，孔隙率受晶胞尺寸和热处理的影响，2mm晶胞尺寸的样品不易形成孔隙。对比经过热等静压处理的样品，发现热处理可降低孔隙率，而且4mm单元晶格比2mm单元晶格对热等静压热处理更敏感。 变形机制 剪切带已被认为是结晶金属适应塑性的局部变形机制之一。位错的集体运动或机械孪生经常导致显微剪切带发生。剪切带也可以在结构层面表现出来。据报道，结构剪切带出现在金属泡沫和晶格结构中。晶格结构中结构剪切带的出现是通常与负载下降同时发生，从而导致能量吸收能力的损失。更好地了解触发结构剪切带形成的潜在微观和宏观机制，可能会获得控制它们的必要知识。 3D打印GRCop-84铜合金晶格结构的变形和坍塌机制取决于热处理和晶格的晶胞尺寸。在GRCop-84铜合金晶格结构的压缩测试中观察到两种主要的变形机制。第一种机制是剪切带形成，导致结构中的晶胞以45度角塌陷；第二种机制是逐层塌陷直至致密化。在未接受热等静压的4mm晶胞样品中，剪切带形成导致的失效成为主要变形机制。 准静态加载方向和相机位置 剪切带形成引起的变形 变形的三个阶段，从节点处的应变局部化开始，到致密化结束 不同晶胞尺寸的晶格结构崩溃比较 准静态和动态压缩测试结果表明，变形趋势与相对密度无关。无论拓扑结构和晶胞大小如何，打印态样品在屈服后突然负载下降与结构剪切带形成或局部不稳定导致层突然坍塌一致。具有4mm晶胞的GRCop-84结构在经热等静压后可以在屈服开始时去除剪切带。由2mm晶胞制成的热等静压态结构增加了流动应力，并消除了准静态测试期间的突然负载下降。在动态加载过程中，热等静压带来的微观结构变化并未显著改善相同拓扑结构样品之间的流动应力。 热等静压过程所带来的孔隙率降低是将主要坍塌机制从剪切带变为逐层坍塌的主要因素。准静态和动态测试结果表明热等静压能够改变晶格结构的机械响应，其通过降低孔隙率和释放样品内的残余应力来改变微观结构。由于残余应力的存在，打印态样品表现出更高的屈服点，在10%应变下强度急剧下降，一直持续到晶格结构完全致密化。 END 具有晶格结构的GRCop-84可制造具有更高换热效率的器件，这是由于GRCop-84的高导热性和表面积增加所致，晶格结构的可控固有空间和表面积使它们非常适合热交换器等热应用。除此之外，在如今结构、功能一体化设计的趋势下，研究高功能下的结构性能是不可忽视的重要组成部分。总的来说，这项研究首次看到了采用3D打印制造的GRCop铜合金晶格结构。 论文参考：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102928 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.西工大黄卫东、林鑫教授团队：3D打印Al-Si合金工艺–组织–性能量化关系研究 2.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 3.视频：F357、TC4、IN718，众多先进材料3D打印组件集中布置到太空运输工具 4.新技术使3D打印零件无损检测速度提高6倍，结果更精确

粉末床激光烧结（SLS）工艺的发展已有约30年，从最初打印覆膜砂、聚苯乙烯粉末，逐渐发展为制造尼龙及其复合材料等最终零件的高性能聚合物3D打印工艺。光源是绝大多数3D打印技术重要的组成部分，对于SLS技术来说，光源技术直到近年才发生一些明显的变化，相比其他工艺可选择性较为单一，但带来的影响却是巨大的。 打印材料决定了应当选择的激光类型，对于聚合物粉末床激光烧结SLS工艺来说，当前在商业化的设备商使用的能量源有CO2激光、CO激光和光纤激光；面向未来正在研发的有半导体激光二极管。 一. 光纤激光+改性材料——高速烧结 将光纤激光用于SLS技术同样是一项创新，因为光纤激光对于高分子聚合物几乎没有吸收。光纤激光相比CO2激光器功率更高、光斑尺寸更小、稳定性更好，能够解决后者制约生产能力与制造质量的关键性技术难题。如果光纤激光能够实现超精细超高速烧结，高分子增材制造产能及制造水平将提升至全新高度。在该领域，华曙高科开发的Flight技术已成功实现商业化应用。 华曙高科光纤激光高速烧结技术 华曙高科将光纤激光引入高分子粉末床烧结的关键是研发“新材料”，基于在高分子粉末中加入“热介质”，提高高分子材料吸收光纤激光能量的效率，开发新的原材料配方及适配的配粉工艺，华曙高科实现了材料对光纤激光能量的高效吸收。 采用Flight技术打印的汽车进气歧管 在效率方面，Flight技术在相同的时间内相比传统的SLS工艺在产能方面提高了数倍，比HSS高速烧结工艺提高了3倍。Flight高分子光纤激光烧结技术，在效率、产能、打印细节品质方面，把SLS工艺带到了新的发展阶段。然而由于高分子材料对光纤激光固有的低吸收率，材料技术的改进将是该技术得以实现的重要关键点之一。 二. 面阵光源+半导体激光——面烧结 2018年，EOS宣布推出LaserProFusion技术，它采用近百万个二极管激光器排成阵列激光，瞬间一次性烧结粉末材料，相比过去的单个CO2激光器，新技术的烧结速度快出10倍。EOS将其称为唯一能够取代注塑成型的“革命性的聚合物增材制造技术”，它将使工业3D打印在未来市场更具吸引力。LaserProFusion总输出功率可达5千瓦，在进行单层扫描时，只激活与CAD数据相匹配的二极管，整个截面同步烧结，这比依赖单个激光光斑沿整个构建区域移动的方式自然要快很多。EOS介绍，LaserProFusion技术使聚合物连续制造提高到了新的生产力水平，在5000-10000件的制造量级中相比注塑成型更具成本效益，足以与传统注塑技术同台竞争。但这项技术截止目前没未有商业化的设备推出。  EOS LaserProFusion技术 另一家采用半导体激光实行SLS工艺的是一家成立于2016年的以色列公司3DM，其开发了一种平行激光束方法，其核心技术是公司专门为3D打印开发的半导体激光器，是一种小型（几毫米大小）、成本仅有几十美元、光源功率高（高达4W，相当于20WCO2激光器）。这使公司能够经济高效的将多达六个激光器组合成一个光束，以提高光束功率和加快打印速度。这种激光技术的一个重要特点是能够通过设计调整其波长发射（实现4-15微米波长调整），以完美适应热塑性材料的最佳熔化行为。3DM声称，基于其独特的光学和架构配置可以将粉末床3D打印的速度降至每层1秒，从而将打印机的吞吐量提升10倍，基于该技术的设备正在开发中。 3DM开发的面烧结设备 三. CO激光——高精度激光烧结 CO2激光是SLS工艺技术诞生以来最主要的能量源，聚合物对其波段具有较高的吸收率且其制造成本低、光源可靠稳定。但随着激光技术的发展，与其波长接近的CO激光的研究获得了一些进展。2015年，相干公司在技术上取得突破，使新一级别高功率CO激光器具有跟之前推出的板条激励CO2激光器类似的寿命、可靠性和维护特性，开启了一些潜在的应用可能性。借此，激光烧结SLS工艺的开创者EOS率先开启了CO激光为光源的激光烧结3D打印商业化。 CO激光器的输出波长为5（5-6）μm，不同于10.6（9-11）μm的CO2激光器。由于某些材料在5μm和9-10μm处具有不同的吸收系数，因此存在与波长有关的光-材料交互作用问题。对于PE、陶瓷、玻璃来说，它们对CO激光具有更高的吸收率，使其在这些材料的加工领域有独特的优势。同时，CO激光也适用于加工一些电介质材料和PCB板的氧化铜。然而，硫化物光纤对5μm波长的吸收率却很低，这为CO激光的光纤传输提供了可能性。 聚合物对不同波段激光的吸收率 CO2激光理论上受衍射限制的光斑尺寸约为55µm，而在工业应用中实际实现的最小光斑尺寸为80-90µm。在相似的聚焦条件下，CO激光器可以达到大约25µm的理论光斑尺寸，实际光斑尺寸在30-40µm的范围内，更小的光斑尺寸可以制造更加精细的结构。此外，CO激光的功率密度可以达到CO2激光的四倍。更高的功率密度再加上某些材料在5µm处更强的吸收能力，使得这些材料可以用低得多的功率进行处理。 EOS将基于CO的激光烧结技术命名为FDR（FINE DETAIL RESOLUTION），这项新技术的定义将结合两个方面的优势——立体光刻（SLA）的精细分辨率与选择性激光烧结（SLS）的耐用性和质量。FDR技术专注于生产精密组件，已公开的数据显示，该技术可以打印最小壁厚为0.22mm的精致而坚固的聚合物零件。 使用FDR技术进行增材制造的插头（来源：EOS） 基于FDR技术制造的超精细表面和超精密组件（来源：EOS） END 对于总的趋势，效率是SLS聚合物3D打印技术发展的第一考虑因素，这主要体现在华曙高科的Flight技术以及EOS和3DM的面烧结技术均体现了这一问题。而对于采用CO激光作为热源，考虑的多是小众应用，成本较高。 伴随着激光烧结技术的发展，新的材料技术也获得了进步，随之而来的是新的应用方向和应用规模的增长。2021年，全球热塑性聚合物粉末收入9.02亿美元，比2020年分别增长43.3%，而光敏聚合物和丝材的市场规模分别为6.542亿美元和5.159亿美元。这是3D打印聚合物粉末的销售收入首次超过光敏聚合物，说明3D打印完成了由原型制造到最终用途零件制造的角色转变。随着系列生产应用的增加，聚合物粉末在未来几年成为主要的3D打印聚合物材料。 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： 1.一站式读懂如何为3D打印应用选择合适的聚合物材料 2.超高温SLS｜聚合物粉床3D打印技术的重要发展，以史玉升教授团队技术为例 3.项目征集 | 第二届3D打印风投大会启幕在即，欢迎投递BP！ 4.从体外模型到组织修复，3D打印成为生命科学探索重要力量

美国领先的无人机系统设计和制造商通用原子航空系统公司（GA-ASI）在过去的十年中，持续投资于增材制造技术的引入，并在五年前领导了专门的增材制造部门的组建和快速发展。3D打印技术参考注意到，该公司已经安装的飞行3D打印组件的数量超过了10000个，其仍在不断寻找方法来启用、加速增材制造技术并将其集成到设计、运营和产品中。  2022年，GA-ASI与Divergent开始了联合开发计划，从而在多个平台上建立更牢固的战略合作伙伴关系。GA-ASI 的增材制造 、飞机完整性、材料和设计工程团队正在与Divergent 合作，将其汽车行业合格的技术应用于GA-ASI的飞机生产，并对其进行应用和鉴定。Divergent 开发了一种数据驱动的方法来设计、制造和组装车辆结构，称为 Divergent 自适应生产系统 (DAPS)。GA-ASI 正在与 Divergent 合作，将该功能应用于制造其UAS系列。 Divergent作为数字化制造流程创新者在汽车行业不断发展，生产出一些市场上速度最快的汽车，并在最近发布了几项汽车OEM采用公告。  “Divergent发明了第一个工业数字制造系统。利用人工智能、3D打印和自动化方面的创新，DAPS 可用于构建几乎任何车辆（无论是陆地、海上、空中还是太空）的基础结构，比传统制造更好、更快、更具成本效益。”Divergent 创始人、首席发明家兼首席执行官Kevin Czinger表示。 GA-ASI 和 Divergent 已经完成了两个项目，利用基于模型、人工智能 (AI) 驱动和拓扑优化的设计，实现完全集成的小型（< 500 磅）UAS 机身结构。集成金属结构采用3D打印技术，在满足重量目标的同时，集成的零件数量减少了95%以上。 这种创新的设计和制造方法带来了高度集成的重量和性能优化设计，这些设计自然但不完全利用增材制造技术，显著降低了机身经常性成本，同时为多个平台变体提供快速的无工具迭代设计方法。 GA-ASI已对不同增材制造工艺生产的350多个飞行部件进行了认证。为了开发和鉴定可飞行的增材制造应用，该公司正在扩展其增材制造生态系统，该生态系统由从原型阶段（一次打印）提升到生产级阶段（始终打印正确）所需的关键要素组成。 GA-ASI目前每年可3D打印约7500个零件，总体而言，在最新的MQ-9B SkyGuardian上，该公司节省了超过200万美元的工具成本，每架飞机节省了超过 30万美元的经常性成本（该飞机平台上约有240个增材制造零件）。在增材制造生态系统的推动下，增材制造应用的数量持续快速增长，其生产的飞机上有超过 10000个增材制造部件。特别是MQ-9B SkyGuardian和SeaGuardian型号在增材制造零件的使用方面处于行业领先地位。增材制造组件的总飞行小时数已超过30万小时。   GA-ASI的增材制造生态系统推动了公司内部可重复且可靠的生产级3D打印的发展，但这并不像看起来那么容易。GA-ASI的增材制造基础生态系统基于十几个不同的要素，从材料允许值和等效性到研发和资本支出资金。 生态系统控制的流程、应用程序团队的建立以及明确的扩展路线图对此进行了补充。GA-ASI在其AD&M卓越中心开展一些重复性生产活动，但对快速反应和低速率制造的需求需要开发强大的增材制造供应链，以实现复杂的最终用途热塑性塑料和金属零件的溢流生产。 增材制造生态系统的深度因每个增材制造应用而异，并由应用任务关键性、适航机构的资格要求、质量保证/过程控制可用性和应用跟踪记录等方面驱动。 更具体地说，增材制造在GA-ASI产品生命周期中的使用很早就开始了，甚至在产品构思之前。在概念阶段，它有助于加快上市时间；在设计阶段它还可以实现高度集成；对于实际的原型，它可以实现无工具制造；当进入生产阶段时，增材制造在降低 低速初始生产成本方面发挥着关键作用；同样可实现无工具制造和高水平集成。对于GA-ASI的许多产品来说，这些优势继续在整个生产规模中得到应用，从而提高了系统可用性，特别是在现有产品生命周期内的维护方面。集成度和零件复杂度越高，增材制造的价值主张变得越清晰。如今增材制造约占物料清单的1%：目标是在大型平台上增加到5%，在小型UAS上增加到30%到90%。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.沈航增材：面向金属增材制造的拓扑优化设计研究进展 2.听专家说 | 核动力、航空、航天3D打印技术应用到哪一步了 3.美空军研究室大力开发连续复合材料3D打印，并用于无人机机翼成型 4.铂力特助力“启明星50”大型太阳能无人机首飞成功

7月22日，3D打印技术参考注意到，致力于采用3D打印技术制造药物的三迭纪第三款3D打印药物产品T21已完成全球首次人体试验，研究结果达到预期。 南京三迭纪医药科技有限公司（简称“三迭纪”，英文名Triastek）于7月20日宣布，公司自主研发的第三款3D打印药物产品T21已完成全球首次人体试验（First in human, FIH），研究结果达到预期。T21是一款中重度溃疡性结肠炎（UC）治疗药物，设计目标是将药物直接递送至结肠病灶部位。T21 FIH研究结果的出炉，标志着三迭纪3D微结构结肠靶向平台（3D Microstructure for Colon Targeting, 3DμSTM-CT）首次在人体试验中得以验证。 口服给药通常被视为首选给药方式，但胃肠道不同部位的消化环境和黏膜转运机制差别较大，且个体间差异明显，因此传统口服药物乃至部分依靠单一控释技术的靶向口服制剂难以真正实现药物的胃肠道精准递送。 为了解决口服药物胃肠道靶向精准递送难题，三迭纪自主研发了第三款3D打印药物产品T21——一款用于中、重度活动性UC的口服结肠靶向递送药物。T21在美国FDA的注册申报路径是505(b)(2)，原研药物是口服Janus激酶（JAK）抑制剂托法替布。T21于2022年11月18日获得美国FDA的临床试验批准（IND），随后在2023年Q1启动了FIH研究，以验证T21经口服后药物在人体内转运、溶蚀过程和释放部位。目前T21已完成FIH研究，影像学结果证实T21药片被精准递送至目标部位-结肠。而在此前，T21已于2022年Q4开展了动物实验，研究结果证实药物被精准递送至比格犬的结肠部位。 实现药物精准递送三迭纪的研发人员运用3D微结构结肠靶向平台，根据药物局部起效或系统吸收的不同目标，设计了时间和pH的双重机制组合的3D打印原型制剂，以减少个体差异对药物递送的影响，实现更精准的结肠靶向递送。 T21制剂产品从外到内由肠溶层、延迟层和药芯（包含活性成分）组成。肠溶层在酸性环境下维持药片的整体结构稳定，保证药物活性成分不提前释放，待片剂经过幽门转运至小肠部位的弱碱性环境后，肠溶层迅速溶蚀，将延迟层暴露在外。延迟层在肠道中继续以恒定的速度溶蚀，研究人员通过调整延迟层的厚度来控制溶蚀时间，待延迟层溶蚀完毕后，药芯在人体内转运到回盲肠至升结肠部位。随后药芯继续转运并持续溶蚀释放活性成分，最终在升结肠至横结肠部位溶蚀完毕。T21 FIH 三维结构设计 为了辅助判断T21药物在胃肠道的转运、溶蚀过程和释药部位，三迭纪的研发人员为T21设计了独特的显影结构，以便使用X光射线观察药物转运至胃肠道不同部位时的溶蚀情况，进而判断药物是否成功递送至目标部位。这种结合了3D微结构的药物递送显影示踪技术，可用于研究和开发需要胃肠道精准递送的药物产品。 三迭纪联合创始人、首席科学官李霄凌教授表示：“T21的人体数据验证了三迭纪药物递送技术平台的精准结肠递送能力，3D微结构结肠靶向平台有望成为最佳的结肠局部起效和系统吸收药物递送系统。我们希望三迭纪不仅在做工艺和技术创新，更要提供非常科学的研究和开发药物产品的体系，为药企提供高效开发产品的技术解决方案，并为患者提供更有临床价值的药物产品。” 深耕药物3D打印 三迭纪开创全新数字制药工艺 熔融挤出沉积（Melt Extrusion Deposition, MED®）3D打印工艺有别于传统制剂的等材制造方式，是专为制药而设计开发的3D打印工艺，其原理是直接将粉末状的原辅料混匀熔融成可流动的半固体，再以高精度挤出，层层打印成型，制备成预先设计的三维结构药物制剂。MED工艺普遍适用于固体制剂，包括口服、局部等多种给药途径，且能满足多种药物释放需求，可适用于化药、生物药及多肽等。 三迭纪基于独创的MED工艺，衍生出熔融挤出沉积联合半固体挤出工艺（Melt Extrusion Deposition plus Semi-Solid Extrusion, MED&SSE）及熔融挤出沉积联合微注塑新工艺（Melt Extrusion Deposition plus Micro-Injection Molding, MED&MIM），并在此基础上开发了3D微结构缓控释平台（3D Microstructure for Delayed Release, 3DμSTM-DR）、3D微结构增溶平台（3D Microstructure for Solubility Enhancement, 3DμSTM-SE）、3D微结构结肠靶向平台（3D Microstructure for Colon Targeting, 3DμSTM-CT）、3D微结构胃滞留平台（3D Microstructure for Gastric Retention, 3DμSTM-GR）和3D微结构口服多肽平台（3D Microstructure for Oral Peptide, 3DμSTM-OP），通过灵活组合多种三维结构设计，满足多样化的临床应用场景，实现多种释药行为的协同和不同药物在目标区域的释放，为固体制剂的开发带来无限可能。 三迭纪3D微结构药物递送技术平台 三迭纪的药物3D打印工艺不仅克服了传统药物产品开发的局限性，还为药物固体制剂的生产开辟了崭新的路径。在生产端，三迭纪自研MED药物3D打印连续化制药产线，从供料到内包装一站式完成。产线集成过程分析技术（PAT）和反馈控制技术，实现了口服固体制剂全自动工艺过程。该连续化产线还具有高度数字化、智能化的特点，中央控制室一键式启动，整个生产过程无需人工干预。模块化的设计满足柔性生产需求，可以方便实现品种切换和产能扩充，多个工作站协同打印实现高通量生产，最高年产能可达5000万片，未来可以按需求在中国及海外扩增产能以实现全球供货。 注：本文内容来自三迭纪。 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.福布斯中国：三迭纪成森平，做3D打印药物的成全者 2.干货分享：间接陶瓷增材制造裂纹的形态、产生原因及应对策略 3.8月，传统工艺&增材制造：现场碰撞！ 4.听专家说 | 核动力、航空、航天3D打印技术应用到哪一步了