金属材料增材制造技术的出现极大地扩展了人类设计及加工金属材料部件的自由度，使人类第一次拥有了直接、快速成形具有高性能、复杂几何形状结构金属部件的能力。21世纪初至今，金属增材制造技术快速发展，已广泛应用于航空航天、生物医疗、汽车制造等工业领域。目前，金属增材制造技术按照其送料方式不同可分为粉床熔融式(PBF)和直接能量沉积式(DED)增材制造。PBF技术主要代表有激光选区熔化成形(SLM)及电子束选区熔化成形(EBM)。DED技术主要可分为激光近净成形(LENS)、送丝激光(WLAM)/电子束(WEBAM)增材制造。其中，DED技术直接将熔融金属沉积在下层已凝固金属表面，不受成形尺寸限制，在成形大尺寸构件方面具有独特优势，但成形精度、表面质量均较差，需二次后续加工。PBF技术因其具有较高的精度和表面质量常用来成形具有较高质量要求的复杂异形结构部件，是目前主流金属增材制造技术。 PBF金属部件内部多尺度缺陷分类 PBF增材制造部件性能与其表面质量和显微组织密切相关，主要受到材料特性(粉末粒径、球形度等)、设计合理性、打印参数(扫描速度、功率、扫描间距，铺粉层厚等)及系统设置(保护气氛、预热温度等)的影响。上述参数设置不合理均有可能导致成形部件内部缺陷的形成，例如孔隙、裂纹等缺陷。近日，香港理工大学、西北工业大学和香港中文大学的研究人员提出了粉末基增材制造金属和合金中多尺度缺陷的类型、形成机制、危害以及控制方法。PBF金属部件内部缺陷可根据尺寸分为三类：(1) 尺寸缺陷；(2) 表面质量缺陷；(3) 显微组织缺陷；(4) 成分缺陷。为进一步提升PBF金属部件机械性能及表面质量，需对缺陷形成机理及缺陷对成形部件性能影响进行深入探究。 1. 尺寸/几何缺陷 尺寸缺陷主要来源于成形部件几何尺寸与所用CAD模型尺寸的几何偏差，主要包括部件分层开裂和尺寸变形。由于PBF技术逐层叠加成形的独特工艺模式，成形部件极易沿成形高度方向产生开裂缺陷。 典型尺寸缺陷：(a) 翘曲变形；(2) 分层开裂；(3) 开裂；(4) 悬臂梁变形尺寸分布；(5) SLM成形TC4合金残余应力随扫描距离变化曲线；(6) 成形件尺寸误差与铺粉层厚关系曲线 成形件尺寸变形和分层开裂主要是由内部残余应力引起的，残余应力主要来源于零件在热循环过程中的极端温度梯度、不均匀膨胀和非弹性应变。打印参数(激光功率、扫描速度、层厚和扫描策略等)对残余应力存在较大影响。扫描速度和激光功率增加将增大成形过程中的温度梯度，进而增加成形部件内部残余应力，增大部件变形趋势。铺粉层厚增加可在提升成形效率的同时降低成形件内部的残余应力，降低部件开裂趋势，但极易在部件内部形成未熔孔隙缺陷。此外，在复杂部件成形过程中，支撑结构的选择和添加对于成形部件几何尺寸精度至关重要，且支撑部件与粉末层间所存在的导电性能、保温性能差异也极易在成形部件内部生成残余应力。 2. 表面缺陷 表面缺陷是指成形部件表面与CAD模型部件理想轮廓存在差异。表面缺陷主要分为：(1) 台阶效应；(2) 未熔粉末；(3) 球化效应；(4) 表面裂纹。这些缺陷的存在导致成形部件表面粗糙度升高，表面质量和精度低于传统机械加工部件，严重限制了增材制造金属部件在工业领域的进一步应用。 表面缺陷主要分类，(a), (b) 台阶效应；(c), (d) 未熔粉末；(e), (f) 球化效应；(g), (h) 表面裂纹 台阶效应是铺粉层厚在成形部件侧面或倾斜曲面沿打印高度方向堆积而形成。台阶效应所引起成形部件表面粗糙度增加是由铺粉层厚和样品侧面与打印高度方向的倾斜角度共同决定。铺粉层厚增加和倾斜角度增大会引起明显的台阶效应，进而促使表面粗糙度明显增加。成形部件表面存在大量未熔粉末也显著增加了部件的表面粗糙度。形成未熔粉末的主要原因为能量输入较少，粉末未能被完全融化。成形过程中，大粒径粉末颗粒相较于小粒径粉末更难以融化，致使成形件表面粗糙度最大可至粉末粒径尺度。球化缺陷是增材制造过程非常普遍的缺陷，被认为是金属部件表面缺陷和气孔的主要来源。球化效应是一种较为复杂的冶金行为，主要表现为液态金属熔融过程中受表面张力影响汇聚为球状特征，以减小表面积。 3. 显微组织缺陷 增材制造金属部件内部显微组织缺陷具体可分为：(1) 内部裂纹；(2) 内部孔隙；(3) 织构化柱状晶。同金属焊接过程相似，金属增材制造过程所产的裂纹主要分为：(1)热裂纹；(2) 凝固裂纹，具体如图4所示。热裂纹的发生需同时满足金属熔融液膜和残余热应力存在两个条件。凝固裂纹主要受金属增材制造过程中复杂热历史的影响，一般出现于熔池凝固终止阶段。此时，熔池内部枝晶正在生长成为完整的晶粒，而阻碍残余液体的流动，导致枝晶生产空间被压缩。同时，液膜附近的凝固收缩和热收缩共同产生拉应力/应变，超出材料抗开裂能力时，即发生凝固开裂。 增材制造金属部件内部典型裂纹形貌 增材制造金属部件内部孔隙缺陷可分为：(1) 未熔合孔隙；(2) 冶金孔隙；(3) 微孔隙和(4) 收缩孔隙四种类型，典型结构如图5所示。未熔孔隙缺陷主要是由输入能量较低，所形成熔池尺寸较小，不能顺利与基体金属形成有效连接所致，其尺寸可由50 μm至几毫米分布，且较为常见。冶金缺陷一般表现为球状或椭球状结构，尺寸约为5-20 μm或50 μm以上。该缺陷主要是由于金属部件成形过程中所特有的高冷却速率阻碍熔池内部气体逸出，或熔池上方气体被卷入凝固组织而形成，是金属增材制造过程的一种固有缺陷，无法有效避免。 微孔缺陷与焊接过程中液态金属气化所形成缺陷类似，当能量密度增大时，熔池可能发生由浅、半圆形向深、窄形的转变，使凝固模式由整体凝固模式向区域凝固转变，在区域凝固过程中，金属蒸汽可以被包裹在熔池尖端，进而形成球形微孔缺陷，如图5所示。收缩孔隙缺陷主要是凝固过程结束时枝晶间区域的残余液体被隔离而形成。 金属增材制造部件显微孔隙缺陷 增材制造金属部件中存在大量沿打印高度方向定向生长的柱状晶组织，这导致增材制造金属部件机械性能存在巨大的各向异性。柱状晶结构是由于晶粒沿传热梯度方向外延生长和竞争生长的耦合作用所共同决定。由于逐层制造的特点，晶粒可以连续生长穿过若干层厚度，形成大的柱状晶。这种形成过程往往伴随着显著的晶体学织构变化，由于晶粒的不断长大，最终导致沿某些晶体学方向择优生长。 4. 成分缺陷 成分缺陷主要来源于氧化、合金元素流失和微观偏析的影响。其中，氧化主要受到粉末中含氧量及熔池演变过程中氧气参与所影响。氧化现象会促进金属凝固过程中气孔的形成与扩张，进而诱发裂纹，显著影响PBF成形部件的力学性能和疲劳性能。因此，需严格控制原始粉末纯度与成型仓内氧含量，尽量避免氧化现象出现。PBF部件中合金元素流失主要发生在熔池形成至凝固阶段。在此阶段，熔池过热可能造成金属或合金中低熔点或低汽压的合金元素的损失，如铝合金成形过程中的Mg元素损失和NiTi合金中的Ni损失。合金元素损失可能会导致成分严重偏离原始粉末成分，进而影响成形零件的性能。 典型增材制造金属部件柱状晶组织 LPBF 316L的微偏析和重叠位错；(b) 在DED和SLM的1D、2D和 3D约束条件下位错单元的形成示意图 微偏析是传统铸造和焊接工艺中的典型缺陷，主要是由于过冷度大所引起的合金元素没有足够时间扩散，不均匀分布在晶粒内部的非平衡快速凝固的结果。 END 本文主要介绍了基于粉末的增材制造工艺下材料缺陷的类型及产生原因。其中与几何形状相关的缺陷主要包括由宏观残余应力引起的部分变形和分层，而与表面完整性相关的缺陷则是由于阶梯效应、部分熔化、球化和表面开裂形成的；对于微观结构缺陷，第一种形式是内部裂纹，分为与液膜形成相关的热裂纹和固态裂纹，以及材料脆性和残余应力，二是内部气孔，包括LoF气孔、冶金气孔、小孔气孔和缩孔，一般由不适当或不稳定的熔融引起；‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍另一种是由外延生长和晶粒竞争性生长的耦合效应形成的纹理柱状晶粒‍。最后，成分缺陷包括氧化、合金元素损失和微偏析，位错单元是由加工过程中的热膨胀和收缩形成的。 本文内容文献来源：DOI: 10.1016/j.jmst.2022.02.015. 往期同类文章可阅读：《顶刊综述：3D打印金属材料的缺陷种类及其对疲劳性能的影响》 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请依据转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.限名额——汽车3D打印制造商推出限量免费打印活动 3.国产高性能3D打印铝合金再获突破，具有良好工艺窗口，高温力学性能稳定 4.西工大顶刊：增材制造高强韧铝合金！异质微观组织+多种强化机制！

近年来，弹性体3D打印在市场上的需求飞速增长。在一项《2021年全球及中国3D打印弹性材料产业深度研究报告》中显示，全球3D打印弹性体市场规模将从2021年的1.8亿美元增长到2026年达到6.2亿美元，复合年增长率为28.1%。 而消费品则是弹性体3D打印需求增长的主阵地之一，因为弹性体3D打印也就是柔性3D打印拥有轻量化、可定制化、优秀的耐温、耐用性等优势，在设计上受限较小，可谓是拥有“七十二般”自由变化！ 清锋科技就是一家以弹性体3D打印为主的国产DLP 3D打印设备、3D打印弹性材料厂商，已经研发出3D打印颈椎枕、3D打印自行车坐垫、3D打印鞋、3D打印头盔和护具等应用。那么清锋的弹性体3D打印是如何实现“七十二变”的呢？ 如何拥有七十二变？ 清锋拥有自研的增材制造晶格设计平台LuxStudio，通过软件调整晶格，就能让产品拥有“七十二般”变化。而对产品进行晶格化设计，可达到轻量化、不同力学性能和独特外观展示效果，能够为产品或创意进行打印、测试、创新、迭代，缩短制作周期。 清锋参数化3D打印晶格设计软件：LuxStudio 1.晶格形状调整 调整晶格形状，可得到不同的力学性能以及不同的外观形状。 晶格形状数以万计，清锋通过“重重考验”，在LuxStudio晶格平台上只留下了16种优质晶格。 它们可分类为规则杆径、极小曲面和泰森多边形，而且不同形状有不同的力学性能，同时可形成的外观也不同。 3D打印晶格软件LuxStudio软件中的16种晶格 2.杆径粗细调整 调整晶格杆径粗细，可以改变晶格结构的强度及韧性。 例如，调整3D打印自行车坐垫的晶格杆径粗细，晶格硬度会随之改变。杆径细结构相对柔软，杆径粗硬度增加。 这种通过柔性制造的3D打印自行车坐垫能给坐骨提供支撑力，实现合理分压，同时不影响结构本身的力学效果，也带来了天然的透气性，提升骑行体验。 3.晶格尺寸调整 调整晶格尺寸，在不影响体占比的情况下完成轻量化的设计、满足打印需求。 例如，需要柔软回弹状态的3D打印颈椎枕，正常设计下晶格杆径太细达不到打印需求，将晶格尺寸等比例扩大、加宽，颈椎枕重量会变轻，但不影响性能，同时满足打印需求。 七十二变究竟有什么用？ 1.轻量化 整体镂空的晶格结构可以达到轻量化设计效果，相比传统制造工艺可减轻更多重量。 2.回弹性 晶格由重复的杆件单元或面单元搭接而成，在受力时发生变形，受力较小或消除后能够迅速地恢复原始状态，相比实心结构在变形过程中能够有更少的能量损失，回弹性更好，长期重复使用舒适感更强。 3.支撑力 晶格结构拥有非常好的力学性能以及稳定性，受力后能够达到均匀变化。比如，精心挑选的晶格结构做的鞋底不会出现像普通鞋子那样一脚踩下去，突然有一种“踩空”的感觉，而是均匀变化（A晶格）能够很好的保护足部。 七十二变用什么变？ 1.弹性材料 EM系列弹性材料：具有高回弹、抗撕裂性、耐低温等优势，结合针对不同应用所调整的晶格结构，可打印出适用于鞋中底、坐垫、颈枕、护具等弹性缓冲应用。 清锋的3D打印弹性材料除了应用于消费领域，同时也进入了高校科研院所，辅助完成增材制造专业课程授课使用以及科研项目研究。 2.打印设备 Lux 3Li+：DLP光固化3D打印机，采用清锋自研DLP光固化面曝光打印技术，在紫外光的照射下，晶格结构一层一层地快速曝光，从液态转化为固态成形。Lux 3Li+打印尺寸达400×259×380mm，适用于复杂工件的小批量生产、大尺寸产品的快速交付、高精度打印原型件、测试件等。 作为国产DLP 3D打印设备厂商，清锋还拥有iLux系列桌面级DLP光固化3D打印机。与Lux系工业机相同，都是科研级高精度3D打印机，除了批量高效完成产品的定制打印，也能应用于高校进行授课，以及科研测试件的小批量打印。 七十二变最后变出了什么？ 1.3D打印颈椎枕 根据患者的颈部数据进行精准晶格化设计，定制出不同软硬、高低的颈椎枕，使枕头贴合人体曲线，改善生理曲度，缓解不适。 2.3D打印自行车坐垫 针对骑行者需求进行3D晶格设计，无需开模即可生产出回弹舒适、透气性好、轻量化的自行车鞍座，兼顾弹性、支撑和透水透气要求。 3.3D打印拖鞋 根据足部大数据，配合力学结构进行晶格化设计，可打印出外观独特、分压性强、透气耐磨的拖鞋，颜值脚感达到最佳，塑造绝无仅有的高阶时尚单品。 4.3D打印鞋垫 根据不同人群足部状态，对晶格密度、粗细进行调整定制，适配日常穿着、运动健身及康复医疗等不同场景。 此外，还有弹性传感器、航空件、运动护具…… 还有更多你想要的3D打印弹性体等你来探索！

据悉，纵维立方新年首场大戏即将在3月27日晚9点上演。目前，这场主题为“纵维宇宙”的春季新品发布会准备工作正在有序进行，Anycubic Photon M3系列及Anycubic Kobra系列3D打印新品相关信息和热度持续在发酵，并引来社交媒体无数粉丝的讨论，以此可见这家3D打印行业领先企业的巨大科技魅力。一起来看下发布会都有哪些值得期待的新品和技术吧！ 光固化技术拥有打印精度高、速度快等多重优势，受到行业用户的广泛关注。经过数年时间的高速发展，设备的“智能化”程度已成为如今的光固化市场竞争焦点，纵维立方洞悉用户刚需，推出拥有云平台控制方案和智能进料系统两大核心功能的Photon M3系列，为行业需求提供了全新的解决方案。 在以往，想要打印一个模型需要将装有模型文件的U盘导入至机器内才能开始打印，并且在打印工作完成前若是不小心误触到U盘将极有可能导致打印失败。纵维立方云平台系统的推出，让用户不仅摆脱依赖U盘的繁琐操作，而且还能通过手机APP实时查看模型的打印情况。据官方介绍，该控制方案支持USB-A 2.0/LAN/WAN和USB-A 3.0/局域网/广域网等控制方式，随时随地都能够享受覆盖全场景的3D打印智能体验。 智能进料系统则可以实时检测液面状态，在树脂不足时会自动进料且加足后自动停止，省去了使用者频繁观察、夜起加料的步骤。我们有理由相信，光固化3D打印行业独有的云平台控制方案和智能进料系统的双向奔赴，将极大提高工作效率和体验，成为实现“为智造自由”的重要驱动力。 据了解，LCD技术光固化设备通过选择性的将面光源投射到液态树脂使之固化，在这个过程中曝光屏和光源系统的品质起到了决定性作用。官方介绍显示，Photon M3系列中的超大尺寸惊喜之作Photon M3 Max配备了13.6寸7K级别的黑白曝光屏，能够兼顾尺寸和精度之间的平衡。另外，纵维立方为Photon M3全系新品升级了更强劲的矩阵光源系统，这套自主研发的“Anycubic LighTurbo”矩阵光源系统拥有行业领先的光均匀度，在打印过程中光线强力且稳定，从而能够呈现纤毫毕现的打印细节。 在熔融沉积成型（FDM）技术领域，打印平台作为模型的承载平台，在3D打印过程中如果没有与喷嘴保持水平，那么很大程度上意味着后续工作将出现模型移位等问题，从而导致打印失败。然而，如今市场绝大多数机器都不带自动调平功能，只能通过重复多次手动调整四点螺杆的操作以验证调平准确性。 据了解，Anycubic Kobra全系新品搭载“Anycubic LeviQ”自动调平系统，能够一键精准实现调平操作，其原理是通过喷头中的高度探测装置进行多点精准探测，再由算法自动补偿，从而保证打印平台与喷头保持相对水平，实现精准零误差打印。至此，调平将不再是使用3D打印设备的拦路虎，用户能够更加集中注意力挥洒打印创意。 不少业内人士表示，作为“纵维宇宙”的开山之作，Anycubic Photon M3系列及Anycubic Kobra系列势必会给用户带来科技感爆棚的3D打印体验。发布会已进入3天倒计时，据此前预告，届时纵维立方将携所有神秘新品以线上直播的方式首发亮相并同时公布售价。3月27日晚9点，期待与大家共同见证纵维立方新品发布！

GOM Scan 1: 这一个，更玲珑 新型GOM Scan 1 是一款结构紧凑的移动式3D扫描仪，可对测量对象进行数字化捕捉，并输出精确的3D网格，应用于3D打印、逆向工程和尺寸检测等。 在紧凑的外观之下，GOM Scan 1集成多项先进测量技术。它采用GOM蓝光技术和立体摄像原理，可提供高精度的三维数据。轻巧的测头设计使它尤其擅长小型零部件的简单快速测量，即使在狭小空间里也能开展作业。预安装的GOM Inspect 软件更是将网络处理提高到了新高度，为您简单、快速地获取三维数据提供强有力的支持。针对不同的应用需求，GOM Scan 1提供三种不同的测量体积：100、200和400 mm。  用智能网络编辑开展3D打印 全新GOM Scan 1测头与GOM Inspect 软件结合，符合公认的3D计量标准，支持3D打印、三维可视化和逆向工程等多项任务。测头可在短时间内快速捕捉到高质量数据，软件强大的网格编辑功能则支持您轻松地复制零件，创建精确的3D模型，完成新品开发。软件支持您光顺、稀化和精细化处理多边化网格、补孔或提取曲率线，从而获得极为精确的网络数据，并将其保存为多种常见格式。智能多边化处理功能在创建极致细节的网格的同时，精简网格大小，使其易于处理。 条纹投影实现快速扫描 GOM Scan 1 是一款采用蓝光技术的光学三维条纹投影扫描仪。它能够在短时间内捕捉零件的完整表面。通过投射细条纹蓝光，左右两台相机基于GOM立体摄像原理进行记录。强大的光源可缩短测量时间，并在图像采集中滤除环境光中的干扰光源。基于立体相机原理，测头可识别操作过程中的环境光变化并根据这些变化进行补偿。为保证测量数据的质量，测头中的软件持续监测校准状态、转换精度、环境变化和零件运动情况。 支持您的全工作流程 由GOM Scan 1和GOM Inspect软件组成的一体化系统可帮助您获得准确而全面的检测结果，轻松完成3D零件检测。简单高效导入和对齐CAD和网络文件，创建曲面比较，尺寸分析并生成报告。 GOM Scan 1 将通过GOM全球计量网络以及由蔡司和GOM共同打造的专为3D便携扫描提供解决方案的平台 - #HandsOnMetrology全球供应。 扫码注册参加GOM Scan 1 线上新品发布会！(2021年5月18日14：00-15：00) 了解更多: www.handsonmetrology.cn  关于GOM GOM高慕光学测量公司隶属蔡司集团，专门从事工业三维坐标测量技术，三维计算机断层扫描和三维测试。从产品开发到生产和全球分销，GOM一站式供应手动和自动三维数字化设备和系统、评估软件、培训和专业技术支持。在全球汽车、航空航天、能源和消费品等各个行业，已有17000多套GOM系统投入使用。GOM在全球设有60多个工作站点，拥有1200多名计量专家，确保以当地语言为操作人员提供专业技术咨询和一流服务。自2019年中起，GOM正式加入蔡司集团，并成立了光学计量卓越中心。蔡司在全球50个国家拥有超过32000多名员工，年收入总额超过63亿欧元，是一家国际领先的光学和光电子技术企业。（截至2020年9月30日）  关于#HandsOnMetrology #HandsOnMetrology是全新推出的全球三维扫描网络。HandsOnMetrology.com为用户提供了一个了解一切与三维扫描内容相关的数字化资讯平台。 该平台由GOM公司运营，GOM是蔡司集团旗下的公司，是一家光学三维计量领域的标杆企业。 从分步说明到进阶教程，到专家技巧，这个平台旨在帮助使用者获得新知，启发灵感。 它为用户提供了实现卓越三维扫描所需的所有信息。世界各地的设计师，技术人员，工程师，科学工作者和专家均可受益于HandsOnMetrology.com上的宝贵知识，借此提高产品质量，优化流程，并探索更多可能。

中国工程院4月23日发布消息，经中国工程院主席团审议，确定2021年院士增选有效候选人577位，根据《中国工程院院士增选工作实施办法》，予以公布。经3D打印技术参考查实，华中科技大学史玉升教授、西北有色金属研究院汤慧萍研究员、共享装备股份有限公司董事长彭凡，三位增材制造技术领域的专家学者被确认2021中国工程院有效候选人。 华中科技大学史玉升教授 史玉升教授现为华中科技大学特聘教授，华中科技大学材料学院党委书记，数字化材料加工技术与装备国家地方联合工程实验室（湖北）主任，国防科技创新特区主题专家组首席科学家，中国增材制造产业联盟专家委员会委员，中国机械工程学会增材制造分会副主任委员。获中国十大科技进展1项、国家技术发明二等奖和科技进步二等奖各1项、省部级一等奖和二等奖各5项、国际发明专利奖2项、湖北省优秀专利奖1项、湖北高校十大科技成果转化项目1项。其团队承担了国家重点研发计划、国家02重大专项、国家04重大专项、国家科技支撑计划项目、欧盟框架七项目、国际合作、国家863项目和国家自然科学基金及省部级课题30余项。 史玉升教授的研究方向涉及金属、陶瓷、高分子及复合材料相关的3D打印设备和工艺开发，仿真及仿生设计，以及技术的推广应用等。其研究成果被国内外200多家用户所采用，产生了重要影响。2018年，史玉升教授团队领导完成的“复杂零件整体铸造的型（芯）激光烧结材料制备与控形控性技术”获国家科技进步二等奖。除此之外，史玉升教授近年来在4D打印研究方面也取得了较大进展，是国内增材制造领域的知名专家学者。 西北有色金属研究院汤慧萍教授 汤慧萍教授现任西北有色金属研究院（集团）副总工程师、金属多孔材料国家重点实验室主任、西安赛隆金属材料有限责任公司董事长。长期从事金属多孔材料、粉床电子束3D打印技术、粉末冶金稀有金属材料的研究和工程化，主持国家自然基金、国家“973”计划、“863”计划等国家重大科技项目20余项，荣获国家技术发明二等奖1项、国家科学技术进步二等奖1项、省部级科学技术一等奖6项，制修订国家及行业标准16项，合著专著5部。 汤慧萍教授申请并筹建了金属多孔材料国家重点实验室，并于2013年创办西安赛隆金属材料有限责任公司，带领团队在金属多孔材料及粉床电子束3D打印技术与设备方面开展多项创新工作，完成科研成果的产业化开发，打通金属3D打印全产业链，实现了原料、装备、工艺的完全自主可控，产品服务于几百家企业，取得显著的经济和社会效益。 共享装备股份有限公司彭凡董事长 彭凡，共享装备股份有限公司董事长、正高级工程师，长期致力于铸造技术及材料研究工作。成功打造出国际一流的专业铸铁、铸钢企业，提出了“3D打印、机器人等创新技术+绿色智能工厂”的行业转型升级路径，主导创建了特色铸造企业技术创新体系，带领团队实现铸造3D打印产业化应用的国内首创，带领企业成为国家首批7个双创企业示范基地之一。获国家科技进步二等奖、何梁何利基金科学与技术创新奖、自治区科技进步一等奖，承担省部级以上科研项目20余项。 在增材制造技术和产业化方面，共享智能铸造产业创新中心有限公司是国家智能铸造产业创新中心的依托公司和主体。2016年12月1日，国家发改委发布了《关于同意设立国家智能铸造产业创新中心的复函》，同意共享装备牵头组建首个国家产业创新中心。这是首个国家产业创新平台，致力于围绕行业智能转型的关键共性问题，培育智能制造(铸造)软硬件研发孵化器，成为智能制造(铸造)系统解决方案供应商，建设面向铸造行业、区域制造业的工业云平台。 史玉升教授和汤慧萍教授是与增材制造直接相关的专家学者，共享集团彭凡董事长则是在3D打印产业化应用过程中涌现出的新型领军人才。除这些专家外，在工程院公布的名单中，西北工业大学介万奇教授课、西交大梅雪松教授也有3D打印技术相关的研究方向。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.金属粘结剂喷射3D打印：在尝试使用该技术时须考虑整个工艺链 2.材料专场：PEEK 3D打印为何如此困难？成功打印，需要哪些技巧 3.中国财经报：增材制造强力赋能制造强国建设 4.新型材料助力3D打印行业的循环经济之路

本文内容来源：3D科学谷。 尽管较大的工业热交换器仍采用传统的制造技术，但大多数时候，对热交换器的需求朝向尺寸越来越小，结构越来越紧凑的趋势发展。 金属3D打印-增材制造助力实现越来越小巧的热交换器，在更紧凑的设计中找到了越来越多的应用，例如电子设备、可再生能源应用、制冷循环、燃料电池，ICE电动汽车。本期内容将带领大家一起来领略通往这些更高效、更集成的热交换器3D打印的设计之路。 3D打印-增材制造技术提供的主要好处是增加了设计自由度，这允许更有效的传热，同时减少所需零件的数量。这带来更少的空间占用和更少的材料，从而使设备的重量更轻，且同时可以管理更高的热负荷和功率密度。 CAD建模-更智能 有多种方法可以利用增材制造优势获得更高效的热交换器。到目前为止，最常见的是通过使用点阵晶格结构，针状鳍片和微通道来增加可用于热交换的表面。 胞元填充方面，可以尝试nTopology的nTop平台，在这里通过创成式算法来完成复杂的设计。nTop平台的一大优势是可以实现看智能化的点阵结构自动圆角。当通过点阵技术减轻零件重量时，从DfAM（增材思维）角度看，在点阵晶格和外蒙皮之间建立牢固的连接非常重要（以防止分层）。传统的3D建模过程首先需要选择所有交叉点，然后才能尝试在所有位置创建回合。 软件工程师知道这会带来非常痛苦的工作量，更不用说当新的圆角值根本无法重建时，重建错误的加剧会带来沮丧的情绪。通过启用nTop平台的高级计算方法，可以通过输入圆角值（包括较大的圆角值），消除了对模型故障的担心。 点阵结构填充轻量化设计所需要实现的零件复杂性已经超过了传统的CAD软件的原有功能。对设计进行修改的时候，例如仅在节点，横梁和连接体之间应用圆角或倒圆角所涉及的工作量在使用传统软件工具的时候往往变得“浩瀚无边”。这种低附加值的工作会延缓工程流程，抑制真正的创新，并扼杀组织保持竞争优势的能力。 圆角应用的答案在于自动化，nTop平台提供了自动圆角化的解决方案。由于nTop 平台中3D模型背后的底层数据结构，传统上被视为有风险或脆弱的操作在nTop平台中可以轻松得以实现。 来源：additivalab 除了点阵的应用，针状鳍片的设计几乎总是有益的：虽然圆形和椭圆形鳍片带来的改进或许很小，但金刚石、翼型和矩形鳍片带来的改进很明显。 所有这些特征允许更高的热传递，不过如果不适当地设计，由于与流体流动相反的阻力增加，尤其是点阵晶格结构会损害系统的整体效率。 CAE仿真-驱动设计 仿真驱动设计在热交换器的设计方面体现得尤为明显，利用众所周知的流体动力学公式，对于每个模型都可以追踪总热交换和热交换系数。再次注意到，随着网状结构的密度增加，压力损失和热交换增加。而且，在制冷剂侧，管道厚度的增加对应于通道部分的减小，并因此导致相当大的压降。 提高热交换器效率的另一种方法是增加内部通道中的湍流。在轴向流中产生涡流，有可能创建一个次级正交速度场，从而减小边界层的厚度并促进热交换。这种涡流可以通过扭管或涡流发生器产生。 通过提高粗糙表面方法可以获得传热增强，不过在某些案例中虽然这种方式可以获得高达70％的传热系数改进，但这种方法大大提高了摩擦系数，从而又导致了更高的压降。这样的效果对于具有较小水力直径的微通道变得更加敏感。 来源：additivalab 通过Ansys Fluent来计算各种结构CFD模型中的压力损失和热交换情况。在相同的重量下，某些几何形状在热流体动力学性能方面优于其他几何形状。通常，空气侧压力损失的增加与模型内材料的密度成正比，通常具有更致密的网状结构的几何形状阻碍了空气的通过，产生了局部重要的压力跳跃，增加了总体损失。 通过Ansys的CFD-Post可以定性评估散热器各个点的压力和温度条件，以便能够解释热交换器各个区域中的热流体动态交换行为模型。 通过选区激光熔化技术（SLM / DMLS），可以与热交换器的主体以结构一体化的方式制造出来，而无需组装，并且几乎不需要额外的费用，从而确保将传热系数提高诸如40％或者更高的水平。 开启材料人工智能开发之路 此外，除了几何形状方面的设计考虑，通过3D打印实现更具热传导效率的材料方面的设计是另外一条曲径通幽之路。Intellegens的机器学习工具AIchemite™为波音亞仕得加速器提供最高的热传导性能产品且不降低机械性能要求。其中，Alchemite™人工智能引擎几乎是在最大化热传导性能和抗拉强度的两个方向上寻找到了最佳材料组合。 通过Alchemite™人工智能引擎可以将通常需要2年的材料开发设计过程缩短为3个月。通过调整金属元素的组合，来开发适合性能要求的热交换器。通过Alchemite™人工智能引擎可以将开发过程可视化，持续性的获得开发进展。 除了从设计端发力，另外一个重要的考虑因素是认证。 工业革命以来，热交换器在工程系统中具有长期的应用，这意味着传统工艺制造的热交换器的性能和可靠性的置信度很高，而增材制造热交换器所采用的是新兴的制造工艺和创新性的设计方式，这样的新兴工艺需要更多的资格鉴定数据来支持和加速产品的认证过程。 增材制造仍然是热交换器生产的新兴技术，资格鉴定和认证对于促进3D打印热交换器的应用至关重要。西门子研究院还推出了基于模型的快速认证技术（ICME），这是一种数据驱动的快速认证技术（机器学习）。如何通过数据、仿真以及人工智能的结合实现数据驱动的认证以打开产业化大门。 工欲善其事必先利其器，在所有创造价值的源头，在所有可能颠覆的源头，不管是CAD,CAE还是人工智能开发新材料组合，算法无疑是最重要的部分之一。 而总体来说，设计出轻量化、高效的热交换器需要对增材制造设计（DfAM）建立基本了解，只有充分的了解设计的理念和制造的约束，才能确保零件的可制造性。

清华新闻网12月1日电 11月27日，清华大学机械工程系助理教授赵沧与卡内基梅隆大学和弗吉尼亚大学的学者合作发布了关于金属激光3D打印的最新成果。该项研究起于宏观工艺，立于微观细节。宏观层面上，在激光功率-扫描速率空间中，匙孔气泡缺陷区域的边界清晰而平滑，且受金属粉末加入的影响甚微。在微观层面上，这些气泡缺陷的形成与匙孔根部的临界失稳有关；后者可以在熔池中释放出声波（冲击波），进而驱动气泡快速远离匙孔、并被凝固前端捕捉。 关于匙孔气泡区边界和气泡缺陷起源的艺术插图。左侧，在激光功率-扫描速率空间中，匙孔气泡区边界清晰而平滑。右侧，在该边界附近，匙孔根部的临界失稳释放出声波（冲击波），进而驱动气泡快速远离匙孔。当气泡被凝固前端捕捉，便成了缺陷。（插图设计者：清华大学冯叶；版权所有者：清华大学赵沧） 激光粉末床熔融成形是金属3D打印中广泛使用的一门技术。在一个典型的成形过程中，基于一个离散化的三维数字模型，高功率激光快速扫过一层金属粉末颗粒（厚度为几十到一百微米），有选择性地将粉末颗粒熔化和融合。因此，该技术在复杂几何结构零部件的直接制造方面具有无与伦比的优势。但是，气泡总是如影如随，损害零部件的抗腐蚀、抗疲劳性能，因此，往往在尖端应用领域（如航空发动机涡轮叶片）成为阿喀琉斯之踵。一般认为，在激光粉末床熔融成形中，激光加热处于传导模式，而匙孔的广泛存在性直到2019年初才被揭示。这意味着，匙孔作为气泡缺陷的一种可能来源，不可被忽视。 该研究围绕匙孔气泡缺陷展开，主要回答了三个问题。其一，匙孔气泡区的边界是否可以被清晰定义并且具有重复性？在激光粉末床熔融成形中，“激光功率-扫描速率”工艺图谱将产品质量（如相对密度）与工艺参数（亦包括扫描间距）直接联系起来，便于3D打印机的用户查询和参考。然而，在该图谱中，几个关键部分仍然缺失，以至于无法准确确定打印工艺的优化窗口，其中一个就是匙孔气泡缺陷区域的边界。该边界将划分出稳定熔化区和匙孔气泡区，而全致密成形仅存在于前者。其二，金属粉末颗粒的作用？一般认为，粉末颗粒的存在会产生更大的匙孔涨落和更多的气泡。但是，该认识一直停留在定性的描述上，粉末颗粒的作用缺乏定量化的评价和分析。其三，匙孔气泡缺陷的起源？目前的知识边界：匙孔气泡的产生与匙孔的孔壁失稳有关；匙孔的根部在多种力（比如马兰戈尼对流、反冲压力等）的综合作用下被掐掉，如果被凝固前端钉扎，便成了一种微观缺陷。该理解相对宽泛而缺乏细节，有必要深究，特别需要关注匙孔气泡区边界附近气泡的形成和最初的运动。 关于匙孔气泡缺陷的起源，该研究结果揭示了两种机理。第一种与声波（冲击波）有关，广泛存在于整个匙孔气泡缺陷区域的边界附近。如图1所示，匙孔根部的临界失稳释放出声波（冲击波），驱动气泡快速远离匙孔。此外，在匙孔气泡区边界的低端共存着第二种机理。匙孔剧烈涨落（特别是回缩，在粉末颗粒存在的情况下尤甚），为气泡创造出足够的时间以等待凝固前端的捕捉。在等待的过程中，气泡可能被局域的熔体流动产生的拖拽力加速并远离匙孔。这项工作为未来无气泡全致密金属激光3D打印提供了理论支撑和技术支持。 该研究工作以“激光加热中匙孔根部的临界失稳产生气泡缺陷”（Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting）为题发表在《科学》（Science）。论文独立第一作者为清华大学机械工程系和先进成形制造教育部重点实验室的赵沧。论文共同通讯作者为清华大学的赵沧、卡内基梅隆大学的Anthony Rollett和弗吉尼亚大学的Tao Sun。论文合作者还包括阿贡国家实验室和犹他大学的研究人员。该项工作得到了机械工程系都东教授团队的支持和清华大学人才引进经费的资助。 赵沧，清华大学助理教授、博士生导师，机械工程系都东教授团队成员。主要研究方向为金属增材制造关键机理的探索，完成了美国先进光子源金属增材制造同步辐射在线监测平台的设计和研制，并深入研究了匙孔演化、液滴飞溅、匙孔气泡等基础问题。此前，严格定义了激光加热的三种模式，指出了增材制造中匙孔的广泛存在性，并且发现了一种新的快速飞溅机理。在本项研究中，又确立了匙孔气泡缺陷区域的边界，发现了一种新的气泡缺陷起源机理，代表性论文发表在《科学》（Science）和《物理评论X》（Physical Review X）上。 主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738

来源：江苏激光产业创新联盟 高强铝合金具有比强度和比刚度高等优点，已经成为新一代火箭舱体、飞行器贮箱和姿控翼、大型客机机身、高铁车身等高强度轻量化构件的优选材料。随着工业领域高端装备对高性能服役、多功能集成的需求日益迫切，采用传统的“毛坯铸造/锻造-减材加工”、“焊接”等制造模式已经满足不了高强铝合金构件的制造需求，急需突破现有的制造模式，提高高强铝合金构件的制造质量。 基于增材制造技术可实现复杂结构金属构件的材料-结构一体化净成形，为铝合金高部件的设计与制造提供了新的工艺技术途径。迄今为止，激光增材制造与电弧增材制造技术成为目前铝合金增材制造的两种主流技术，已经实现了部分工业领域的应用。 尽管取得了这些进展，但是由于铝合金对激光的反射率高、导热性强等特点，激光增材制造铝合金容易产生裂纹、气孔等缺陷；而电弧增材制造技术沉积效率虽然较高，但成形件性能较低。组织-应力-性能不可控的难题一直限制铝合金增材制造技术的进一步应用，是铝合金增材制造领域的难题之一。大连理工大学研究人员提出了一种铝合金激光-电弧复合增材制造方法，在权威期刊Addtive Manufacturing、Virtual and Physical Prototyping、Materials and Design发表一系列重要工作。该项工作基于“小域成形-逐层累加”思想，如图1所示，采用定域可控的激光作为热源之一，与热输入较大的电弧复合共同熔化焊丝，实现高质量制造。通过激光与电弧的协同作用，提高了增材制造过程稳定性，可望实现增材制造铝合金组织-应力-性能协同控制以及缺陷可控性的目标。 图1.（a）激光-电弧复合增材制造系统（b）复合增材制造样件 采用激光-电弧复合增材制造工艺，电弧预热可提高丝材对激光的吸收率，有利于激光产生匙孔效应，喷发光致等离子体，反过来益于引弧和稳定电弧，形成高能量密度热流，两者协同作用还可以降低熔池的温度梯度；此外，还利用脉冲激光对熔池进行冲击、搅拌作用，改善熔池流动特征，调控凝固组织状态，进一步改善微观组织、减少热应力，抑制缺陷，实现组织与性能的协同控制。 由于脉冲激光的复合效应，成形构件微观组织在不同区域呈现不同特征，激光作用区平均晶粒尺寸显著减小，与电弧作用区的平均晶粒尺寸相比减小约40%；激光作用区中合金元素分布均匀，偏析现象得到抑制。由于激光-电弧复合增材制造独特的微观组织特征，Al-Cu合金成形构件热处理前抗拉极限超过300 Mpa，断后伸长率超过12%；经过热处理后，抗拉极限可达到T6态锻件标准，断后伸长率达到15%。该技术也可用于铝锌合金、铝锂合金、铜合金等金属构件增材制造，拓展激光增材制造技术的应用领域。

2020 DMP大湾区工业博览会于11.24-11.27在深圳举办。 天远三维于本次展会上重磅推出新款蓝光激光手持三维扫描仪 ——FreeScan UE。 FreeScan UE激光手持三维扫描仪继承FreeScan系列“高精度”“稳定的重复精度”的标志性特点，同时着力于人体工学与轻量化的设备设计，握持设备操作更轻松，为汽车工业、交通运输、航空航天、模具检测、能源制造及机械制造等行业提供计量级的高精度检测方案。 高精度 不放过尺寸偏差上的“蛛丝马迹”。 重复精度很稳定，多次测量同一工件，结果依然“从一而终”。 仅670g，长时间握持扫描变得“轻而易举”。 不惧黑色和反光，蓝色激光光源让扫描“不拘一格”。 最大幅面达到510mm*520mm，大幅面配合高帧率，扫描就是如此“顺畅高效”。 软件清晰易懂，引导的流程让扫描变得“易学易用”。 实现无缝对接检测软件，只需一个按键，实现扫描数据从扫描软件到检测软件的“瞬间移动”。 出色的性能带来更广泛的应用 预约演示通道已开启 扫描下方二维码立即提交 详细参数， 请点击阅读原文查看。 编辑点评：当前市场上的激光手持扫描设备，蓝色激光已成大势所趋。天远三维的这款新品的独到之处，就是它的高精度和轻量化的设计，相信它也会凭借自己的各种优势，在激光手持市场打出一番天地。 天远三维  天远三维（先临三维子公司）专注于提供高精度3D视觉检测产品与自动化测量解决方案。公司自主研发的计量级设备包括：激光手持3D扫描仪、蓝光工业级3D扫描仪、机器人智能三维检测系统等。 天远三维是中国较早从事工业级光学三维测量技术的企业，为国家白光三维测量系统行业标准的主要起草单位之一。基于多年计量行业的实践经验与技术积累，公司建立了高标准的3D视觉检测产品精度保障体系，所有设备均经过严谨的精度测试验证流程，产品广泛应用于：汽车交通、航空航天、铸造模具、电力、军工等专业领域。 天远三维总部位于北京，在天津和杭州设有研发、生产分基地，在杭州、上海、重庆、东莞、武汉、长春等地均设有销售与技术服务办事处。 电话：400-0799-666 邮箱：tianyuan@3dscan.com.cn 网址：www.3dscan.com.cn 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.Stratasys与先临三维推出Ful-color 3D全彩系列解决方案 2.3D数字化技术新变革——一体式、双光源、多场景 3.嘀！你有一条来自宝马增材制造中心的视频邀请 4.3D打印已实现批量化制造的5个案例

5月5日，中国航天科技集团有限公司抓总研制的长征五号B运载火箭首飞取得圆满成功，同期一院211厂研制的全3D打印芯级捆绑支座顺利通过飞行考核验证。 捆绑支座是连接火箭芯级和助推器用于传导助推器巨大推力的关键产品，飞行时承载200余吨集中力。这是航天领域迄今为止集中力承载环境最“恶劣”的3D打印产品，也标志着211厂又一增材制造技术方向实力跃居国内先进行列。研制过程中，为了大幅度减重，设计人员对捆绑支座这一关键主承力构件进行了系统优化，最终选用了以最优传力路径设计的钛合金构件，可有效减重200千克。然而，用传统方法制造的钛合金关键承力件，其可加工性、组织性能一致性、制造周期等不能满足型号需求。为此，型号队伍首次采用3D打印技术研制这一主承力件。面对大尺寸、高精度、高性能要求的零件，211厂增材制造中心从确保产品整体质量可靠性出发，放弃惯常采用的复合3D打印方案，选择了技术难度更高的全3D打印。同时，为进一步提高产品性能，该中心选择了工艺控制难度更大的极远离平衡态成形方法。经过近4个月的工艺摸索，增材制造中心解决了大尺寸零件成形易开裂等难题，于2018年3月成功研制出首件全3D打印芯级捆绑支座产品。随后，该中心加速推进工程化应用进程，全面掌握全流程制造关键技术，产品先后通过300吨级、400吨级的全面地面考核，充分验证了产品的可靠性，具备批生产条件。2019年3月，正式产品交付。产品性能检测结果显示，经全打印的钛合金材料静载屈服强度略优于、延伸率远优于国内同期工程应用水平，强塑积提升一倍以上，全产品剖切性能离散度达到锻件水平要求。据悉，211厂将持续提升该产品的批生产效率，并推进该技术在未来航天型号大型集中传力机构中的应用。