在航空航天等领域，利用金属3D打印技术实现快速研发测试验证进而缩短研发周期、成形复杂结构制造解锁设计潜力、多零件集成一体化制造提高性能等突出优势，已经取得一系列里程碑式进展。如近期大放异彩的，由我国民营火箭公司星河动力北京空间科技有限公司研制的：50吨级“苍穹”液氧/煤油发动机，就大量采用了金属3D打印技术制造的零件。 航空航天以其要求的高可靠性、高性能以及轻量化，对材料提出了极高的要求，目前航空航天金属3D打印主流应用的是：钛合金、高温合金和铝合金三大材料体系。在钛合金领域，TC4、TA15等材料得到批量应用；在高温合金领域，GH4169、GH3625等材料得到批量应用，并且如GH3536、GH5188、GH4099等新材料也进入测试应用阶段；反之，在铝合金领域，虽然有少数零件可用AlSi10Mg来打印应用，但应用所要求的高强度铝合金一直缺乏实际案例。可以说，业界也迫切需要轻量化的高强度铝合金能够发挥作用。 航空发动机的主要材料组成 近几年，国内国际不少企业均推出了高强铝3D打印材料，成分体系各有不同。如空客推出的Scamalloy，可实现抗拉强度520MPa的性能；HRL实验室推出了纳米强化的7075，据称极限抗拉强度超过600MPa；苏州倍丰推出了Al250C，可实现抗拉强度570MPa的性能；上海交通大学王浩伟教授研制出的高性能陶铝复合材料粉末，可实现最大抗拉强度超过540MPa；中车研究院推出了专用高强铝粉末材料，抗拉强度稳定超过560MPa；长沙新材料院推出了AlMgScZr，室温拉伸强度535MPa。此外，也还有部分其他粉末厂家也宣称能够提供高强铝粉末产品，并推向市场。可以看出，500MPa的高强铝粉末研制已经突破瓶颈，但对于更高性能的高强铝材料却鲜有报导。 近日，3D打印技术参考获悉国内领先的铝合金3D打印材料制造商--江西宝航新材料有限公司，已经成功研制了超高强度铝合金HS5601。这是一种适用于SLM工艺的超高强度铝合金粉末材料，其抗拉强度达到620Mpa，断裂延伸率8%。该材料同样为AlMg合金体系，相较于AlMgScZr而言，其具有更高的强度，有望应用于航空航天及国防军工领域对高性能材料的特别需要。下表是该材料与AlSi10Mg以及500MPa铝的性能对比： 第三方检测数据显示，打印态的零件抗拉强度通常在460-470MPa，经热处理后，强度稳定达到630MPa以上。 该性能结果得到了第三方检测机构的证实（左右滑动查看更多）据进一步了解，HS5601超高强度铝合金粉末有望能够帮助解决航空航天等尖端应用部门对轻质高强材料的特别需要。目前，宝航新材料已经能够批量该材料，并已于2022年2月份面向客户提供粉末样品，并可提供工艺参数方面的指导。而且，公司有计划研制更高强度如800MPa的铝合金3D打印材料！ 在金属3D打印材料国产化的浪潮下，正不断有新的3D打印材料和优质供应商涌现，在此也希望国内的应用部门加强和3D打印设备、3D打印材料等企业的合作，共同助力我国制造业的转型升级！ 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QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.西南交大实现铝合金3D打印多缺陷主导裂纹扩展行为的成像表征 3.金属顶刊《Acta Mater》：增材制造高强铝合金的疲劳与动态时效！ 4.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型

碳纤维复合材料因具有优异的质量强度比而备受关注，采用3D打印技术将纤维增强材料通过连续或短切的形式与传统高分子塑料复合，可显著提高零件的强度、耐热性及抗冲击性。在航空航天、汽车和制造行业，3D打印的碳纤维部件正在迅速取代模压碳纤维和金属部件高性能原型和最终用途零件。 当前，碳纤维3D打印技术主要分为短切碳纤维混掺尼龙粉末的激光烧结工艺，与热塑性塑料复合制成丝材挤出以及直接连续纤维复合热塑性塑料的挤出工艺。在设备级别上，又分为大尺寸的工业机与小尺寸的桌面机。本期，3D打印技术参考主要介绍2022年值得关注的桌面碳纤维3D打印机。 1. Markforged Mark2 和 X7 Markforged Mark2基于连续纤维增强3D打印技术，配备两个挤出喷嘴，一个挤出该公司的专有高性能材料Onyx（碳纤填充尼龙），另一个喷嘴则在基体材料中填充入连续的纤维束（碳纤维、凯夫拉纤维或玻璃纤维）加固Onyx。这种连续的纤维增强工艺可生产出具有高强度和多功能性的最终用途零件。其构建尺寸为320x132x154mm，并且能够实现100微米的层分辨率。 为了简化生产过程，Markforged开发了自己的软件，允许用户针对高强度3D打印进行优化。 Markforged Mark Two 和 X7 Markforged 连续纤维3D打印的零件 X7是该公司的另一款工业级3D打印平台，采用连续碳纤维和凯夫拉增强材料。与Mark2相比，X7更为先进，它配备了强化的双喷嘴系统和一个微米级的激光检测系统，可以扫描打印中的零件来保障尺寸精度，具有330x270x200mm的构建体积和50μm的层厚设置。Markforged甚至推出了适用于X7的机器学习软件，其使用人工智能来帮助3D打印系统适应和调整变量，以期可以在第一时间生产出高精度的零件。 连续纤维复合材料3D打印系统可生产高度耐用的零件，具有最高质量的机械性能。此外，Markforged还推出有FX20碳纤维打印机，是该公司制造的最大、最快的3D打印机。 2. Stratasys F123系列 2021年，Stratasys宣布为其F123系列3D打印机（F170、F270 和 F370）系列推出基于ABS的碳纤维材料。该系列打印机是Stratasys最实惠的主力机型，并拥有即插即打印的设计功能，其跨越了台式和工业FDM 3D打印机之间的鸿沟，具有工业特性和台式易用性。 Stratasys F123系列3D打印机 Stratasys 打印的碳纤维复合材料零件 F123系列可制作带有曲线、悬壁结构和内腔的大尺寸、结构复杂零件，以及小尺寸、结构简单的零件。其具有两个喷嘴，一个打印实体零件，另一个打印支撑。因此，这款机型打印的是短切碳纤维复合材料。含有10%短切碳纤维的ABS，与标准ABS相比，强度提高了15%，刚度提高了50%以上，且比金属更轻，还能实现高精度打印，完全可以取代某些金属制造部件。水溶性的支撑材料也使复杂部件的后处理变得简单。 F123系列非常适合教室或办公室环境，F270的构建尺寸为305 x 254 x 305 mm，F370 为 355 x 254 x 355 mm。 3. Raise3D E2CF E2CF于2021年发布，是上海复志（Raise3D）推出的专用碳纤维3D打印机。其配备双挤出喷头，用于打印短切纤维复合材料，如碳/玻纤增强尼龙12、碳/玻纤增强耐高温尼龙等，专用的支撑材料可以很好的保证结构的完整性以及内表面的光洁度。打印结束后，可以轻松剥离，相比于水溶性支撑更加具有性价比。E2CF构建尺寸为295 x 240 x 240 mm，挤出机喷嘴可以达到300°C，而构建板可保持110°C。 Raise3D E2CF 3D打印机 Raise3D E2CF3D打印的零件 E2CF旨在满足汽车、航空航天和医疗领域工程师的需求。为了确保稳定的打印过程，E2CF 配备了两个独立的密封干燥箱，使材料在打印时保持最低湿度；另外还配置了高精度光学传感器辅助打印床自动调平，可提高喷嘴高度校准的准确性；定制的SiC喷嘴相比现有市面上打印机喷嘴的硬度提升了一倍，可打印高强碳纤尼龙超过1000小时。这款打印机的市场售价约为29000元人民币。 4.一迈智能MAGIC HT PRO MAGIC HT PRO是一迈智能（IEMAI 3D）推出的高性能材料专用3D打印机，配备了快拆式模块化双打印头，当用户需要打印短切纤维复合材料时，如碳/玻纤增强PEEK、碳/玻纤增强尼龙等材料，可更换更耐磨的硬化钢模块打印头。MAGIC HT PRO的构建尺寸为310*310*410mm，挤出机温度可以达到500℃，并具备液冷式散热功能，腔体温度可以保持120℃，构建底板的温度可以达到170℃，独立升降的双打印头为可溶或者易剥离支撑的打印创造了优秀的条件。 一迈 MAGIC HT PRO 3D打印机  一迈 MAGIC…

2020 年 11 月，Materialise推出了一种能够100%循环使用的尼龙粉末Bluesint PA12；2021年3月，韩国3D打印机制造商Sindoh推出了一款名为S100的机器，被认为是第一台能够使用Bluesint PA12材料的SLS 3D打印机，同时Materialise向其订购了五台设备。 将两条信息综合起来可以得出结论：用于激光烧结的尼龙材料确实可以做到100%循环使用；其次，能够实现材料循环使用的SLS 3D打印机经过了特殊改装。Materialise指出，这种专用的3D打印机配备两台激光器，其中一台用来烧结粉末，另一台则用于将粉末保持在某个温度阈值以上。通过防止粉末在两层之间冷却，可避免橘皮效应导致的收缩，不仅能使打印过程稳定，零件也可保持标准的机械性能和表面质量，从而大大减少材料浪费。 SLS工艺作为基于粉末床3D打印技术的典型代表，经过几十年发展，工业化成熟度已非常高，但因其打印材料工艺难度高、耗材贵等严苛条件使从事相关工艺的企业并没有像其它工艺那样呈现爆发式的增长，从事该技术的企业数量相对较少。 作为当前选择性激光烧结工艺的主要材料，尼龙（PA）具有耐磨、韧性高、强度大、耐热性好的优点。但尼龙材料在SLS成型过程中会发生老化，回收的粉末再次烧结会发生橘皮效应，导致PA粉末的回收利用率低、成本增加。在工业环境中，用户通常采用新旧粉末混合的方式解决粉体循环的问题，最常用的新、旧粉质量比为1∶1，工艺技术水平控制得好的用户，可以做到3∶7。该方式能够在一定程度上解决粉体循环的问题，但随循环次数的增加，粉体性能的恶化程度也会增加，使得粉体不再具备适宜的烧结条件。 3D打印技术参考获悉，武汉三迪创为科技有限公司的研发团队经过六年技术积累和工艺攻关，通过设备优化和工艺调整，于近期实现了100%全旧粉PA12重复利用，同时保证制件力学性能和表面质量达到标准要求，此举将大幅降低SLS工艺的耗材使用成本，并在该技术领域实现国际同等水平。 该公司工艺负责人表示，该成果的实现主要通过三项因素控制： 首先，采用拥有自主知识产权的基于双PID的温度场实时控制算法，可有效保障温度场的均匀性和精准性，适用于类似尼龙这种加工窗口窄的粉末材料成型。基于温度场的精准控制，实现温度场±1°的动态响应，是该公司的的核心技术。 基于双PID的温度场实时控制知识产权证书 其次，精准的温度场控制配合独立的切片引擎与实时多变的激光扫描策略，提升制件力学性能的同时，增强材料适应性。 典型扫描策略 第三，利用自有的面向激光高斯分布的表面质量控制算法，基于有限元和离散元熔池分析，对温度场、扫描路径、激光烧结等关键环节进行科学的分析和指导，获取最佳的表面质量和细节表现。 细节表现对比图 另外，该公司测试发现，使用重复循环40次的PA12烧结的零件拉伸强度与其他品牌公布的数据相当。 友商关键参数表 创为数据为第三方测试数据，相关友商数据为其官网公开数据创为100%旧粉打印，重复循环次数在40次以上※创为制件的弯曲模量可以通过增大激光功率显著提升武汉三迪创为采用100%旧粉除了可以为用户提供优异的力学性能、表面质量和细节表现外，还可保证极高的精度。基于光斑和轮廓双补偿的精度控制算法，结合激光光斑尺寸和内外轮廓补偿，制件尺寸精度可得到充分保障。零件尺寸小于100 mm时的误差可控制在±0.1mm以内，超过100mm则可以控制在0.1%以内。且容易被忽略的内轮廓误差精度即使大设计尺寸仍可以保持绝对精度不变。 对于100%的旧粉使用率可以为用户带来的收益，该公司也进行了简单估算：以一台幅面400*400mm、打印高度300mm、开机率50%的设备为例，按照3：7和1：1的新旧粉配比，每年可以为用户节约10万和25万左右的材料成本。 循环30次的旧粉+未通氮气打印的尼龙零件 创为在100%利用旧尼龙粉末的同时，还积极从用户角度考虑，尽量减少旧粉的产生： • 首创快速打印模式，基底厚度5mm，铺完基底后无需等待就可以开始打印； •常规打印模式，基底厚度8mm，预热时间1小时50分，打印完覆盖粉末厚度2mm； •两种供粉方式，一种是常规的固定供粉高度，另外一种是根据每层打印图案的截面积计算后进行供粉。 创为100%旧粉且未通氮气制件 合作伙伴提供的水性染色服务 武汉三迪创为SLS设备HW-S400及自主研发的四/六轴运动控制主板（左滑查看更多） 该公司表示，实现100%旧尼龙粉末打印，不仅依赖软件算法上的深耕，还实现了整个设备核心部件控制主板的自主化。自主研发的四/六轴伺服运动控制硬件主板适配自主研发的软件系统，完美契合个性化的工艺需求。并且，创为的运动控制主板还预先集成了振镜控制功能，为后续板卡直接控制振镜提供了必要条件。相较当下流行的振镜控制卡模式，板卡直接驱动振镜不仅可以在成本上实现了极大的节约，也为后续振镜工作效率的提升打下了坚实的基础。 具体的工艺控制远比本文的叙述要复杂的多，欲了解详细过程还需要与该公司探讨，3D打印技术参考在此无法判知详细过程及取得的效果。此外，该公司面向从事SLS工艺的用户回收尼龙粉末，联系电话：13922835977 ，微信：diamondpig。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化 3.EOS LaserProFusion与HP MJF的批量化制造技术对比 4.3D打印尼龙制件的后处理方法

近日，领先的FFF技术3D打印制造商Roboze推出了一款新的PEEK基体复合材料——Helios PEEK 2005，这是该公司采用高性能复合材料3D打印实现替代金属承诺的重要一步。 与以往碳纤维或玻璃纤维作为填充物不同，Helios PEEK 2005是一种填充陶瓷纤维增强的PEEK基体复合材料，因此具有新的性能和应用潜力。新材料在高温下具有更高的稳定性，并具有优异的3D打印表面质量。 出色的机械性能 陶瓷相增强材料的室温刚度是无增强基体的两倍，抗拉强度和抗压强度分别提高了10%和20%，室温测试抗拉强度为107MPa，抗压强度145MPa。 优秀的表面质量 与更常见的碳纤维和玻璃纤维相比，陶瓷相的尺寸更小，因此能够制造更多具有薄壁特征和高表面质量的复杂几何形状。此外，增强材料的单晶特性可以消除晶界并最大限度地减少缺陷，从而最大限度提高其有效性。 热绝缘和电绝缘 与碳纤维增强相不同，陶瓷分散相使材料具有非常低的导电性，与填充碳纤维的等效材料相比，这一特性提高了这些复合材料的电绝缘性能。 由于陶瓷增强材料固有的低导热性，Helios ™ PEEK 2005 即使暴露在高工作温度下也表现出高隔热性能。3D打印的部件重量轻、电导率低，适用于以绝缘特性为基本技术要求的应用。 HeliosPEEK 2005用于生产传感器外壳 高温稳定性 Helios PEEK 2005 陶瓷填料的开发旨在实现与PEEK基体的强界面结合，满足机械性能方面的高要求，并为极端工作条件下的金属零件提供新的替代材料。PEEK基体中增强材料的分散经过优化，陶瓷相可以提高在高温环境中承受负载的能力，Helios PEEK 2005即使暴露在170°C以上的工作温度下也表现出高隔热性能，可最大限度提高高温下的稳定性。 Helios PEEK 2005 用于可靠的航空航天工具 Helios PEEK 2005具有更好的机械强度、耐化学性、电气隔离及高温下的尺寸稳定性，适合制造能源、赛车和航空航天等领域的高性能工具，如电气外壳、声学衬套、空气动力学测试模型和汽车外壳。由于其良好的耐化学性和耐热性，它可以在油井等具有腐蚀性化学品的恶劣环境和高温环境中使用，同时它也是金属材料的又一种理想替代品。 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QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.冬奥火炬能耐800℃：3D打印、碳纤维、高温阻燃树脂实现多项创新 3.超越PEEK，3D打印的碳纤维增强尼龙有怎样的性能和应用潜力 4.国家增材中心《大讲堂•三》：《颗粒料挤出3D打印技术》

3D打印砂型铸造模具和型芯正在改变当今高性能、大型金属零件的制造方式。增材制造使现代铸造厂能够在交货期内快速生产出复杂的金属零件。本文以约1米长机械臂的重新设计和制造为例，阐述了将铸件先进设计与3D打印砂模相结合的优点。 砂型铸造和工业3D打印 金属铸造是一种常见且成熟的制造方法，用于生产融入我们日常生活的商品。如今，90%的制造产品和机械都使用了铸造零件。而当前最流行的金属铸造工艺是砂型铸造；超过70%的金属零件都是采用这种生产工艺制造的。砂型铸造过程首先需要创建一个牺牲模具，该模具由混合有粘合剂的压实砂组成。通过浇注系统用熔融金属填充模具的型腔，然后将模具破坏取出铸造件。 大型砂型铸造模具在3D打印和清洗后即可使用 砂型铸造可以追溯到公元前 1 世纪。几个世纪以来，这种技术已经发展成为我们所熟知的工业流程。然而，数字制造和3D打印技术的出现使得现代铸造企业进一步得以发展。使用 3D 打印砂模和型芯的砂型铸造正在成为增材制造的一个关键工业应用。直到最近，设计工程师和铸造厂还主要将这种混合制造技术用于原型制作。今天， 越来越多的铸造厂正在采用这种制造技术来增强其内部流程。3D打印的砂模和型芯是在工业3D打印系统中利用数字文件直接逐层制备的。打印头将粘合剂材料液滴喷射在薄薄的沙层上来创建每个横截面使用3D打印模具和型芯进行砂型铸造的好处• 3D 打印的砂模和型芯有助于创建合理的浇冒口系统，从而可以制备具有更少内部缺陷的高性能的金属零件，零件的材料强度最高可提高15%； •增材制造消除了对工艺装备和铸造模具的需求以及相关的几何限制。这有利于生产具有复杂几何形状的高性能的优化零件； •3D 打印和其他数字制造技术有助于改变传统铸造厂的形象，吸引年轻人才和新的劳动力进入该领域。 使用3D打印砂模和型芯进行砂型铸造的局限性 然而，3D 打印只是一种工具。这种新技术在砂型铸造方面的局限性包括：•零件设计仍需遵循铸造工艺和 3D 砂型打印系统的限制。这些设计考虑包括壁厚、件截面的变化和壁与壁之间的间隔； •目前可用的工业砂型3D 打印机是有限的，而且 3D 打印模具的制造成本也相对较高。作为参考，砂型3D 打印的成本约为每立方英寸 0.1 美元，而传统的铸造厂对一个模具的收费通常在 1-2万美元之间； •与每一项新技术一样，获得砂型3D打印知识和设计技能的途径仍然有限。难以找到最佳设计案例和设计准则，这阻止了工程师和制造商最大限度的利用这项新技术。 下面的案例研究将设法解决最后一点。通过将每个决策中的设计方法和实际考虑因素文件化， 我们希望让制造商、设计师和工程师更容易的使用这项技术。案例研究：拓扑优化的机械臂为了展示使用 3D 打印模具和型芯进行砂型铸造的优势，nTopology、宾夕法尼亚州立大学、Flow 3D 和 Humtown的工程师联手重新设计了一条一米长的机械臂。他们共同创建了一个端到端的数字化铸造工作流程--从零件优化到可制造性设计，最后是制造。金属铸造模具组件的分解试视图该团队将拓扑优化等先进的设计技术与只能通过增材方式制造的先进铸造特征（包括浇口、浇道和冒口）相结合。使用这种方法，该团队设法达到以下几个目标：•将零件的重量减少40% •避免常见的铸造缺陷 •直接 3D 打印整个砂模 •在一个星期内制造出该零件 该项目的第一步是优化机械臂的几何形状。利用拓扑优化软件，该团队将零件的重量减少了40%--从 240 磅减少到 165 磅--同时仍然满足规定负载条件的功能要求。 拓扑优化是一种仿真驱动的设计技术，该技术通常用于航空航天和汽车工程领域，优化目标通常是刚度最大化和重量最小化。nTopology 软件中的的自动光顺处理和模型重建功能使该团队能够快速、轻松地进行设计修改。nTopology 拓扑优化过程概述，从原始设计到最终导出CAD主体当然，工程团队在设计阶段就考虑了该零件的可制造性。最终的金属零件用铝铸造时重 165 磅（或约 75 千克），其边界尺寸为 39″ × 16″ × 16″（或 1.0 m × 0.4 m × 0.4 m）。机械臂的尺寸限制了团队生产这个巨大零件的选择。按照传统的制模方法（使用木模）会带来一些复杂性问题。由于几何形状的复杂性，设计团队将不得不做出许多妥协，从而降低了零件的性能。为了展示该技术的能力，该团队决定直接 3D 打印整个模具。通常情况下常见的生产方式是只打印模具的一部分，如模具的型芯或其他关键的部位。这一决定使该团队能够优化模具的其他关键特征，如浇口、浇道和冒口的几何形状和位置。这些优化将使金属铸件具有最小的内部孔隙和较高的材料性能。该模具是宾夕法尼亚州立大学和 Flow3D 公司合作设计的。该团队在设计过程中考虑到了两个主要的设计要求：•熔融金属必须尽可能顺利地填充型腔。研究表明，低于0.5米/秒的流速是必要的， 以尽量减少湍流，并减少由于氧化层脱落和孔隙造成材料缺陷的可能性； •冒口必须在零件之后凝固。不均匀凝固是造成内部缺陷、收缩、开裂和零件变形的另一个常见原因。出于这个原因，铸造后将被加工掉的部分必须最后凝固。 该模具是分体制造的，然后在浇注熔融金属之前进行组装，这种螺旋状的浇口设计无法用传统模式制造为了确保在填充模具时不引入湍流，该团队重新设计了浇注系统和冒口。他们使用了一个螺旋形的浇口，而不是一个向下的浇口。他们选择了具有球形或半球形的冒口，而不是圆柱形的冒口。这种优化的浇口和冒口的几何形状确保了熔融金属的流动速度低于所需的阈值，并且熔融金属会均匀地凝固。此外，这些特征只能使用增材制造技术来制造， 因为使用传统的制备工艺不可能制备出这样复杂的浇冒口系统。 铸造过程模拟帮助团队确保速度流量保持在0.5毫米/秒的临界值以下 为了确定最佳零件浇铸方向和流道、浇口和冒口的最佳位置，该团队使用铸造模拟软件进行了多次设计迭代。仿真的目的是优化冒口性能，最大限度地减少孔隙率，并验证浇口流速。仿真阶段确保了该部件一次成功制备，并将开发时间从几个月减少到几周。3D…

中国燃气轮机制造商中船重工龙江广瀚燃气轮机的工程师Ivan Korzhan推出了一款全3D打印的燃气轮机展示模型，其设计受到通用、西门子和罗罗制造的燃气轮机的影响。从最初想法到最终完成构建，Korzhan花费了5-6个月，共打印了2000个独立部件组成，重约18公斤。 据3D打印技术参考了解，该款超酷模型背后，零部件的3D打印均使用了国产3D打印品牌——纵维立方（Anycubic）和上海复志（Raise3D）的相关装备完成打印。Ivan Korzhan表示，这个项目也表现出桌面3D打印具有重要的应用潜力。 纵维立方是全球桌面级光固化3D打印机的龙头，拥有多种性价比高的机型，其中Photon Mono机型更是获得2021年亚马逊最畅销的3D打印机第二名。该设备在行业内首次采用黑白曝光屏技术，大大提高了机器打印速度和精度以及屏幕使用寿命，受到行业和用户的广泛追捧。 上海复志则是全球化的专业级3D打印机品牌公司，产品覆盖从普通工程塑料（如PLA、ABS、尼龙）到碳纤维和金属材料的桌面专业级FFF设备。其客户不仅包括特斯拉、小鹏、威马这样的造车新势力，还涉及SpaceX、NASA、赛峰这样的航空航天企业。在2021年的Formnext展会期间，该企业分别以9.9万和2.9万的价格发售了桌面金属和碳纤维3D打印机，引起业内广泛关注。 工程师 Ivan Korzhan 和他的3D打印燃气涡轮发动机模型除了上面介绍的大尺寸燃气轮机采用桌面3D打印制造，此前3D打印技术参考还报道了国外玩家采用桌面3D打印机等装备制造空客A380使用的遄达900发动机的案例。该款发动机模型同样尺寸庞大、结构复杂，由众多零件组成。更重要的是，在完成组装后，这款发动机可以高速运转，展现出强大的科技炫酷感。 Heli Mech 3D打印的空客A380遄达900发动机桌面3D打印在整个增材制造产品组合中虽然属于最简单的一种类型，但利用的好，就会发挥出巨大的价值。其实，无论个人玩家还是企业用户，能否挖掘3D打印的潜力，全在对这项技术的认识水平，买回设备在仓库吃灰的也不在少数。 当前，大众、福特、宝马等汽车公司早已将桌面FDM 3D打印机集成到了工作流程中，华为、海思、金山这样的高科技企业也将DLP光固化桌面3D打印机纳入生产或研发体系。这些设备用于设计和制造装配工具，有时还可以用来制造测试原型甚至最终用途部件。3D打印技术的应用极大改变了生产企业传统的制造思路、优化了供应链，大大減少费用的同时还提高了制造效率。 桌面3D打印具有成本效益高、生产速度快且能直接现场生产的特点。另一个关键因素是桌面打印机具有开放式的耗材系统，用户可选择来自不同材料制造商的具有不同性能的耗材，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。 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QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.视频：了解FFF/FDM增材制造技术如何赋能汽车行业 2.多款工业级FDM/FFF 3D打印设备入驻国内领军3D打印手板企业峻宸集团 3.工艺创新：将FDM 3D打印技术的潜力开发到极致 4.从SpaceX到NASA，从赛峰到特斯拉，中国3D打印企业为何能走向世界？

一起向未来TOGETHER FOR A SHARED FUTURE冬奥会的雪车项目是速度最快且观赏性极强的项目，胜负常在毫秒之间。雪车的制造研发固然重要，但是配套设备也起到决定性的作用。 由东莞理工学院教育学院（师范学院）副教授李楠领衔的东莞理工学院雪车头盔研发团队参与研发的雪车头盔已经应用于国家队冬奥项目训练中。 华曙高科项目团队采用业内打印效率超高的双激光高分子光纤激光烧结Flight技术和万华化学新型TPU材料打印，并运用了华曙特殊后处理工艺，为运动员量身定制了25套雪车头盔内衬。 增材制造、材料科学、设计优化三方发力，为2022冬奥会国家雪车队运动员助力！雪车的平均时速在100公里左右，最高可达160公里，素来有冰上F1之称，其风驰电掣般的竞速过程，能给人带来无比刺激的感官享受，是雪车比赛的最大看点。在如此高速的状态下，运动员的安全保障工作是重中之重，而头盔装备则是保障雪车运动员安全的重要防护装备。 双激光Flight 技术兼顾效率和细节 华曙高科Flight光纤双激光烧结技术，具有超高的生产效率和极佳的细节，2个雪车头盔内衬仅需7.5个小时即可打印完成。为了保证内衬晶格结构的性能以及重量要求，华曙高科研发团队同时快速地进行了多种参数组合的实验，成功开发最优的烧结参数，以确保头盔内衬品质及性能。在后处理过程中，华曙独创的SP抛光技术能有效提升表面质量，提升打印头盔内衬晶格的结构强度。 华曙开源软件快速筛选最优化烧结参数 采用Flight双激光技术打印雪车头盔过程 2个雪车头盔内衬打印时间对比 定制TPU材料确保内衬弹性 与此同时，制造材料决定了头盔点阵结构的特性和应用。TPU具有优良的承载能力、抗冲击和减震性能，即使在-35℃时仍保持良好的弹性和柔韧性等物理性能，被广泛应用于医疗卫生、电子电器、工业以及体育等领域。同时，TPU也是主要的适用于3D打印的弹性体材料。针对此项目，万华化学专门开发了新型材料WF-PU95AB TPU，为雪车头盔赋能。 个性化设计提升运动员体验 与传统泡沫头盔相比，3D打印技术可通过采集运动员的数据，进行一对一个性化定制雪车头盔，以达到能紧密贴合每一位运动员头部效果，完成重力自适应，提高佩戴舒适度和运动安全性，且每款头盔上都刻有运动员姓名缩写，具有纪念价值。 晶格设计内衬助力减重，提升防护性能 采用碳纤维外壳及3D打印技术制作的雪车头盔，重量仅约1.1千克，比之前国家队使用的传统头盔减少了500克，有效地为运动员减少了负重。目前，这款雪车头盔已经通过GB和ECE认证，达到国际雪联规定的赛事头盔要求，并交付了国家雪车队。 3D打印在制造点阵结构方面具有天然优势，它几乎可以实现任何的空隙精度、空隙率、空隙形状、空隙大小、孔分布以及相互之间连通性。基于此，3D打印的点阵结构可以制造防护体育器材，从而为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 东莞理工学院雪车头盔研发团队开发的点阵结构由多层且软硬不一的缓冲带构成，不同碰撞频率的区域配备着不同密度的结构分布，能够精准地管理因头部碰撞而产生的各种冲击力，以抵御头盔在遇到碰撞时的各种冲击力，为运动员提供前所未有的防护性能。 头盔内衬由东莞市科恒手板模型有限公司提供设计验证 “科技冬奥”是北京冬奥会的一大亮点，在“科技奥运”理念的指引下，无数科技工作者开始了“奥运科技长跑”，这是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。近年发展迅速的3D打印，也在冬奥会的筹备过程中发挥了重大作用，作为3D打印产业化的推动者，未来华曙高科将继续为“科技奥运”贡献自己的一份力量！

金属三维晶格结构具有比强度高、机械效率高、能量吸收能力强等优良的力学性能，在轻型航空航天、交通运输结构、冲击防护装置等多种工程领域具有广阔的应用前景。实际上，金属晶格结构已经成熟用于我国航天器结构产品。 晶格结构特性与能量吸收能力 晶格材料最重要的特性之一是能量吸收能力，其特征在于压缩过程中能够吸收或耗散机械能。已经证实，大多数晶格结构，如金字塔晶格、三维Kagome晶格、四面体晶格以及钻石晶格等，可以通过改变长径比或晶胞大小等几何参数获得非常优异的能量吸收性能。 此外，可设计的具有晶格结构的夹芯板也被证明具有出色的能量吸收性能。除了几何参数外，还可以通过复杂结构（如梯度结构、金属泡沫填充结构、多层结构和不同的单胞结构）来调整能量吸收性能，其已被证明在能量吸收方面比单一晶格结构更有效。 △左右滑动查看更多，分别为3D打印的梯度晶格结构、点阵填充结构以及夹芯板点阵结构 另一种提高机械性能或能量吸收能力的方法是修改连接支柱的节点结构，当受到压缩或冲击载荷时，通常会出现应力集中，该方法相对简单，但在提高金属晶格结构的能量吸收能力方面非常有效 晶格结构的制备方案传统工艺与3D打印各有局限 到目前为止，已经有几种制造金属晶格结构的技术，包括冲压成型、挤压结合线切割、扩展板折叠和熔模铸造。除了铸造之外，这些技术还必须使用粘合或焊接技术来组装支柱以形成晶格结构。在加工过程中，连接点通常对缺陷敏感，例如对气泡和微裂纹，导致晶格结构的整体机械性能减弱。对于熔模铸造技术，由于技术本身的限制，电解槽配置不能太复杂。 3D打印技术的出现使晶格结构的制造不再困难，而且它不需要结合传统工艺。然而由于可成型材料有限，该技术在制造晶格结构方面仍然存在不足。 为了克服增材制造和熔模铸造的局限性，近年来开发了一种将3D打印与熔模铸造相结合的新技术。在该技术中，首先通过3D打印制备低熔点树脂基晶格结构，然后用其制作陶瓷外壳模具。最后，熔融金属在压缩空气的作用下渗入模具型腔，金属凝固后，去除外壳就得到了金属晶格结构。除了能够产生任何复杂的构型之外，该方法对材料的选择几乎没有限制。 3D打印与熔模铸造制作晶格结构 3D打印+铸造制作的铸铝晶格结构 为了进一步比较晶格结构不同制备方法引起的力学性能和能量吸收差异，3D打印技术参考了解到，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所材料物理重点实验室与中国科学技术大学研究生院合作，通过3D打印结合熔模铸造和直接金属增材制造，制备了三种支柱材料的增强型棱锥晶格结构，通过有限元模拟对压缩行为和能量吸收特性进行了理论分析和实验验证。 不同工艺制造晶格结构的性能差异 采用直接3D打印和3D打印结合熔模铸造两种技术制备晶格结构样品。前者使用BLT-A300打印机，材料选择适用于3D打印的AlSi10Mg粉末；后者使用了铸态AlSi10Mg合金和7005铝合金。 为了了解本研究中使用的不同铝合金的机械性能，进行了拉伸实验。相关应力-应变曲线显示，直接金属3D打印的AlSi10Mg强度和刚度最高，但延展性最低；相反，铸态AlSi10Mg合金的延展性最高，但强度最低，7005铝合金具有中等强度和延展性，仅介于另两种材料之间。 不同铝合金的拉伸试验：(a)拉伸试样的几何尺寸；(b)应力-应变曲线 晶格结构的机械性能可以通过节点增强来提高。在这项研究中，制备方法和支柱材料的影响是关注的焦点。通过增强型金字塔晶格结构和通常结构的对比可以看出，增强是通过向节点逐渐增加支柱的直径来实现的。 金字塔点阵结构的特征：左边是普通星，右边是增强型 晶格结构的相关几何参数定义如下：de和dm分别代表支柱端部直径和中部直径；L、H、θ分别表示底面的宽度、晶胞的高度和支柱与底面的夹角；Le和Lc分别为支柱的有效长度和等径长度。为了研究几何参数的影响，de的值从1.4毫米到1.8毫米不等，间隔为0.1毫米，其中1.4毫米也是用于比较的常用金字塔结构的直径。当de增大时，dm减小以保持晶格结构的相对密度不变。θ值在35°到55°之间变化，间隔为10°。 四组样本，A、B、C和 D，节点增强型金字塔晶格结构 A、B、C 组 EP 晶格结构的变形过程与仿真结果 三种支柱材料中的增强晶格结构通过两种制备方法制备，通过有限元分析和压缩实验系统地研究了制备方法、支柱材料和几何参数对压缩行为和能量吸收的影响，主要结论总结如下： (1) 与金属增材制造相比，3D打印结合熔模铸造的制造方法消除了金字塔晶格结构应力应变曲线平台阶段的应力波动，甚至增加了大倾角下的能量吸收。然而，抗压强度同时降低。 (2) 增加增强型棱锥格构结构的倾斜角度可以缩小承载能力的差距并提高能量吸收。对于铸态7005铝合金晶格结构，在压缩过程中发生脆性断裂，导致能量损失 (3) 增强型金字塔晶格结构的端部直径对抗压强度和能量吸收至关重要。加厚端部直径在一定程度上降低了节点附近的应力集中。 (4) 能量吸收图中肩部点相对于倾角的包络线是一条直线。能量吸收图表明，对于AlSi10Mg，当σ/ES<1.48×10时，3D打印结合熔模铸造是更好的选择，相反可以考虑金属增材制造。当σ/ES>6.84×10时，使用铸态7005铝合金是一种折衷方案。 (5) 理论方程和有限元分析与实验结果一致，可用于预测节点增强锥体晶格结构的力学和能量吸收特性。 END 蜂窝点阵材料由于具有低密度、高比强度和多孔等优点，已成为重要的结构和功能材料。常规的蜂窝材料主要是泡沫、海绵和蜂窝体，其通常用于功能目的，例如声障、防振装置和冲击保护装置，3D打印技术参考此前也做过多次报道。对于泡沫金属和海绵，孔的形状、大小、数量和分布等孔结构本质上是随机的，换句话说，它们几乎是不可控的，而对于蜂窝，孔分布和力学性能具有很强的各向异性。这些特性在一定程度上限制了传统金属蜂窝材料的应用。 3D打印晶格结构将是这些问题最理想的解决方案之一。它们具有精确设计的晶格结构、几乎无限的基质材料、优化的性能，并且可以通过许多工业规模的技术进行制造，这使他们成为航空航天许多工程领域的重要应用方案。 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： 1.3D打印点阵结构：材料疲劳容限设计与制造的力学性能综述 2.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 3.一种特殊晶格结构的3D打印散热器，既提供刚度，又增加传热面积 4.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构

雪车是冬奥会速度最快且观赏性极高的项目之一，胜负常在毫秒之间，因此对硬件要求十分严格。由东莞理工学院教育学院（师范学院）副教授李楠领衔的雪车头盔研发团队参与研发的雪车头盔已经应用于国家队冬奥项目训练中。该团队运用3D逆向建模、点阵结构3D打印技术，通过采集运动员的数据，进行一对一个性化定制雪车头盔，以达到能贴合每一位运动员实际需求的效果。该款精心“智”造的头盔具有个性化、减重、安全性等特点。本期，3D打印技术参考介绍这款雪车头盔在材料与结构方面的3D打印技术应用问题。 材料与结构的选择 根据相关要求，头盔要求所有配件、材料都需要做到中国自主。 在材料的使用上，这款自主研发的雪车头盔外层采用强度高、防撞性能优异的中国航天T800碳纤维材料制成。T800碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型材料。由于材料经过碳化及石墨化处理，因此具备密度小、强度高等优点，根据相关资料，碳纤维材料的密度比铝还要低，但是强度却比钢铁还要大。 碳纤维外壳+TPU 3D打印的点阵缓冲层 头盔内部材料缓冲层采用了3D打印点阵结构。材料的微观结构对其吸收冲击的能力发挥着巨大作用，3D打印技术参考获悉，研究团队从晶格的选择到头盔外壳及材料性能的匹配经历了上万次的计算，最终确定了最优的晶格结构与材料。采用3D打印（SLS技术）和TPU粉末材料，设计研发雪车头盔缓冲层的点阵结构，优于传统的EPS发泡材料，其抗冲击性能提升40%左右，可抵御头盔在遇到碰撞时的各种冲击力，更好地保护运动员的头部。 据3D打印技术参考了解，采用碳纤维和TPU点阵结构制成的头盔，重量仅约1.1千克，比之前国家队使用的头盔减少了500克，有效地为运动员减少了负重。目前，这款雪车头盔已经通过GB和ECE认证，达到国际雪联规定的赛事头盔要求，并交付了国家雪车队。 使用TPU 3D打印点阵缓冲结构 点阵结构一般是指由杆、板等微元件按一定的规则重复排列构成的空间桁架，具有体密度小、比表面积大、比力学性能高等特点。将其作为芯材的夹芯结构在冲击载荷作用下因结构动态失稳产生巨大的塑性变形并转化为热能，可吸收掉大部分的冲击能量，因而具有优良的缓冲吸能和抗冲击性能作用，从而起到防护功能。 3D打印在制造点阵结构方面具有天然优势，它几乎可以实现任何的空隙精度、空隙率、空隙形状、空隙大小、孔分布以及相互之间连通性。基于此，3D打印的点阵结构可以制造防护体育器材，从而为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 李楠团队开发的点阵结构 李楠团队开发的点阵结构带有运动员姓名缩写 此外，制造材料决定了点阵的特性和应用。TPU具有优良的承载能力、抗冲击和减震性能，即使在-35℃时仍保持良好的弹性和柔韧性等物理性能，被广泛应用于医疗卫生、电子电器、工业以及体育等领域。同时，TPU也是主要的适用于3D打印的弹性体材料。 基于以上因素，雪车头盔团队选择TPU作为点阵结构材料。 点阵结构极大影响缓冲性能 在点阵结构的设计上，胞元结构的大小和密度以及胞元结构方向，都会影响点阵结构的可打印性及其性能，有时甚至可以借助结构设计来弥补材料性能的不足。 胞元结构的大小和密度是指单个胞元的大小以及在一个空间内胞元的数量。胞元本身的大小取决于其节点和连接节点的梁宽度和长度。较大的胞元更容易打印，同时强度也更高；较小的胞元相对更均匀，但会受到打印工艺特征尺寸的限制。通常情况下，点阵结构会默认为不需要支撑，这一方面需要注意设计过程中的设计极限，如横梁宽度、梁的倾斜角度等等；另一方面也需要注意摆放角度，选择最理想的零件自身支撑摆放方向，尽可能降低加工成本并减少后期处理工作。但对于SLS技术而言，通常粉末材料可充当零件的支撑，从而减小了胞元结构方向对打印的影响。 李楠团队开发的点阵结构 由于冬奥会项目尚在进行之中，关于雪车头盔的性能数据，3D打印技术参考目前无法提供。但国外有研究人员此前曾测试了由惠普MJF工艺打印的PA11和激光烧结工艺打印的TPU材料的多种类型的点阵结构对撞击的缓冲作用。动态冲击测试采用5kg的圆形金属物体从1m的高度掉落到测试对象上，测试设备可以测量样品吸收的总冲击力。从测试的过程可以发现，不同结构的点阵对冲击的防护作用差别很大，研究人员可以因此选出最佳的结构。该测试项目获得了欧盟H2020框架计划的资助，其内容包括研究几种生成晶格结构的技术，并对这些结构进行测试，最终将其应用于在攀岩、骑行、滑冰等运动中的个人防护头盔。 国外研究人员设计和打印的几种点阵结构（与雪车头盔设计无关）为贯彻“筹办好北京冬奥会、冬残奥会”的要求，加快推进“科技冬奥(2022)行动计划”，2019年，科技部发布了国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项2020年度项目实施方案。科技奥运将充分利用现代信息技术和科技手段，在“更快、更方便、更准确、更安全”的原则下，让体育比赛和辅助活动顺利进行。 END 与传统泡沫头盔相比，3D打印领先的制造工艺具有固有的定制适应性，并具有优于传统泡沫头盔的独立安全测试得分。将头盔的各个组件组装在一起，包括打印的内部结构和外壳，头盔可实现按需打印，从而提高赛场上的保护性能和佩戴舒适性。 “科技冬奥”是北京冬奥会的一大亮点，在“科技奥运”理念的指引下，无数科技工作者开始了“奥运科技长跑”，这是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。3D打印作为近年发展迅速的新技术，也在冬奥会的筹备过程中发挥了重大作用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 2.一种特殊晶格结构的3D打印散热器，既提供刚度，又增加传热面积 3.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构 4.冬奥火炬能耐800℃：3D打印、碳纤维、高温阻燃树脂实现多项创新

本期，3D打印技术参考总结了2021年3D打印技术值得关注的十项重要科研成果，涉及增材制造应当遵循的“串/并联式路线”、微结构立体光刻3D打印技术的进步、金属纳米结构和软体机器人直接3D打印、超材料和结构材料增材制造以及新材料方面的创新等，并介绍了这些研究可能带来的影响。其中来自国内的研究新上一个台阶，标志着我国在该领域的部分研究已经走到了世界前列。 1. 顾冬冬教授《Science》介绍“材料–结构–性能一体化增材制造”并行模式 2021年5月，《Science》发表了南航材料科学与技术学院、江苏省高性能金属构件激光增材制造工程实验室顾冬冬教授团队的研究综述论文《材料–结构–性能一体化激光金属增材制造》。标志着南航在基础研究和重大成果方面取得新突破。南航是本文第一署名单位，顾冬冬教授为本文第一作者和通讯作者。 传统增材制造遵循典型的“串联式路线”，即结构设计–材料选择–加工工艺–实现性能；但因材料、结构和工艺等多因素耦合规律复杂，激光增材制造精确成形需反复试错，造成金属构件高性能目标实现困难。为对应上述挑战，该研究提出了“材料–结构–性能一体化增材制造”（MSPI-AM）这一整体性概念，其概念性创新在于：变革传统的串联式增材制造路线，发展新的“并行模式”，在复杂整体构件内部同步实现多材料设计与布局、多层级结构创新与打印，以主动实现构件的高性能和多功能。 3D打印技术参考评选理由：同期《Science》主编以“跨尺度调控”为题，对论文做了亮点评述，认为激光增材制造有望变革零部件的设计方式。这种更为综合的方法以主动实现构件的高性能和多功能，将有助于减少制造所需的工序数量，并扩大可用于最终应用零部件的结构类型。 2. 美LLNL国家实验室：通过光束整形，实现更好的光热控制，3D打印更光滑、孔隙率更低的超高密度零件 劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）研究科学家表示，使用高斯光束特别像用喷火器来烹饪食物——难以很好地控制热量在目标材料周围沉积，从而导致较大的温度梯度以及熔池不稳定，造成气孔等缺陷的形成。而使用贝塞尔光束，则可以显著扩展激光扫描参数，避免传统光束带来的诸多问题，通过将一部分能量从中心重新分散出去，可以设计热剖面、降低热梯度，以助力微观结构晶粒细化，最终形成更光滑的表面、获得更致密的元件。此外，传统光束的另一个缺点是它们在传播时易衍射，而贝塞尔光束因其非衍射特性提供了更大的焦深。 LLNL的研究人员探索高功率激光打印（如粉末床激光熔融L-PBF）中常用的高斯光束的替代形状，以解决此问题，他们的最新研究被发表在《Science Advances》上。这项研究解决了金属增材制造领域中光学物理和材料工程之间脱节的问题，通过整合、设计光束形状来实现对熔池动力学的控制。经过整形的光束使熔池湍流和飞溅显著减少，同时，使用贝塞尔光束比传统高斯光束制造的零件更致密、更坚固，并且具有更强大的拉伸性能。 3D打印技术参考评选理由：在传统SLM技术走向更大尺寸、更多光源的背景下，对成型机理的研究依然重要。通过结合简单的光学元件进行光束整形来提高L-PBF 3D打印金属部件的质量，具有更高的成本效益。坚固且无缺陷的零件生产以及以经济高效的方式打印大型结构是大势所趋。 3. 刘锦川院士团队《Science》：利用一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 2021年10月，香港城市大学刘锦川院士团队在”利用增材制造设计成分调制钛合金“方面取得重大进展，创建出了一种具有独特微观结构的钛合金，在保持高强度的同时显著提高了延展性，达到约1.3GPa的高拉伸强度、约9%的均匀伸长率和超过300MPa的出色加工硬化能力。该研究在国际顶尖期刊《Science》上发表。 通常而言，金属材料中的成分不均匀性往往被看做材料内部的重大缺陷，是研究人员一直所努力避免的。然而，材料的成分不均匀性却很少被积极地利用起来作为有效的合金设计方法。一方面，这是由于人们对成分不均匀性的积极作用缺乏足够的认识；另一方面，也是因为传统的铸造、锻造等方法往往无法对材料内部的成分波动实现人为有效的调控。增材制造过程中所固有的金属粉末快速融化和凝固过程，以及超快的冷却速度，为研究人员提供了这样一种有效调控成分波动的手段。基于这种全新的思路，研究人员尝试在3D打印过程中采用两种常见合金粉末（Ti64和316L不锈钢）进行混合打印，并通过特殊的打印参数，创建了一种超级钛合金结构。3D打印技术参考此前曾对该研究进行了相关介绍，点击下方图片可查看详情。 3D打印技术参考评选理由：研究者创造性地将成分调制的概念和3D打印结合起来，另辟蹊径地设计出了一种前所未有的成分梯度组织。本研究工作同时极大地开拓了增材制造技术的想象空间，使得这项技术不仅仅被用作复杂构件的成型技术，更可以被开发为一种全新的合金设计和制造方法，从而有力地推动增材制造技术实现“材料-结构-性能”一体化智能设计的梦想。 4. Nature：一种直接3D打印金属纳米结构的技术 用于金属纳米3D打印的现有技术需要聚合物-金属混合物，金属盐或流变油墨，从而限制了材料的选择和所得结构的纯度。气雾剂光刻先前已被用于组装预图案化衬底上的高纯度的3D金属纳米结构的阵列，但几何形状有限。 2021年3月，《Nature》报道了韩国首尔国立大学和浦项科技大学的一种使用多材料直接3D打印金属纳米结构阵列的技术，可打印具有灵活几何形状和小至数百纳米的特征尺寸。研究人员将离子和带电的气雾剂粒子引导到一个电介质掩模上，该介质掩模包含浮在偏置的硅基板上的一系列孔。离子在每个孔周围聚集，生成静电透镜，将带电的气溶胶颗粒聚焦成纳米级射流。这些射流由在含孔掩模下形成的聚合电场线引导，其作用类似于传统3D打印机的喷嘴，使气溶胶颗粒能够3D打印到硅基板上。通过在打印过程中移动衬底，研究者成功地打印出了各种3D结构，包括螺旋、悬垂的纳米管、圆环和字母。 3D打印技术参考评选理由：研究者介绍了一种使用带电气溶胶为基础的3D纳米打印技术，这种完全干燥的技术，不涉及聚合物或油墨。3D纳米打印技术有望在多个领域实现应用，如构建微纳级别的医疗植入物，在计算机芯片上构建3D逻辑电路、甚至可以用于超轻型飞机组件。 5. ORNL开发出独特的聚合物粘结剂，可3D打印具有“极高强度”的部件 粘结剂喷射3D打印由于广泛的粉末兼容性和可扩展的工作流程，成为比其他3D打印工艺更便宜、更快的选择。然而该技术所呈现的生胚部件的低机械强度成为该技术的“主要瓶颈”，阻碍了它们更为广泛的采用。在提高生胚部件的强度时，粘结剂是重要的增强途径。 美国橡树岭国家实验室（ORNL）团队于2021年在《nature communications》报道了一种独特的PEI聚合物粘结剂，其具有独特的分子结构，能够与氰基丙烯酸酯发生反应以实现卓越的强度。该粘结剂材料的的结构经过精心设计，具有低粘度、高溶解度和有限的结晶度，使其成为粘结剂压电喷射的理想选择。通过试验粘结剂PEI负载量，该团队表示他们还能够优化其打印适配性，可实现生坯强度的近线性增加。通过原型设计，研究人员发现，打印PEI浓度为5.5%的部件，零件强度为6.28MPa，远高于使用商业粘结剂所能达到的3.60MPa。由于粘合剂喷射部件的固有孔隙率，该团队还发现他们能够通过整合二次聚合物来提高砂型部件的强度。例如，通过添加氰基丙烯酸乙酯3D打印出了6.5厘米的桥梁，抗弯强度达到53兆帕，使其比实体砖更坚固。 3D打印技术参考评选理由：从粉末中提取生胚零件而不造成损坏是粘结剂喷射技术后处理面临的首要挑战，新型粘结剂体系的开发对该技术制造高精度和高强度零件具有重要保障。 6. 麻省理工：一种新的微结构立体光刻增材制造技术 传统基于投影的微立体光刻技术（PμSL），通常采用单孔径成像配置，由于图像分辨率（影响最小特征大小）和像场面积之间的相互牵制，限制了该技术生产具有微结构的大尺寸零件的能力。 麻省理工学院于2021年9月在《Science advances》展示了的一种基于平面透镜阵列和积分图像重建的新立体光刻3D打印技术。所提出的工程投影系统基于透镜阵列，其中每个微透镜可以保持高孔径，整体打印面积可以随着微透镜的数量而增加。与数字光处理相结合的微光学器件允许通过并行传输、叠加和集成多个输入图像来对投影输出图像进行可扩展的重建，从而产生从微米级到厘米级跨越四个数量级的周期性微结构。同时，该研究提出的整体光刻系统可以结合到其他基于数字光处理的光刻系统中，使用简单且廉价的组件进一步增加系统的构建区域。这种兼容性可能会推进高通量微结构数字光刻技术的发展。 3D打印技术参考评选理由：新的微立体光刻技术与传统商业PμSL 系统相比，打印尺寸可增加102至103倍，并具有力学和结构方面的优势，未来可能将影响力学/声学超材料功能结构、细胞力学生物材料和能源/环境应用结构的生产。 7. 吕坚院士团队发表结构材料增材制造综述 2021 年 4 月 1 日，香港城市大学吕坚院士团队发表综述论文“Additive manufacturing of structural materials”。本综述涵盖了广泛的主题，包括适用于3D打印的结构材料种类，如聚合物、金属、陶瓷、玻璃和复合材料等；介绍了4D打印的常用材料和原理，对比了不同刺激方法的优缺点；对结构材料的增材制造提出了多元化展望，包括多材料（multi-material）AM，多模量（multi-modulus）AM，多尺度（multi-scale）AM，多系统（multi-system）AM，多维度（multi-dimensional）AM和多功能（multi-function）AM；最后，文章还详细介绍了结构材料增材制造技术在不同领域的巨大应用潜力，涉及航空航天、生物医疗、电子设备、核工业、柔性可穿戴设备、软质传感器/驱动器/机器人技术、珠宝和艺术装饰品、陆地运输以及水下设备等领域。 3D打印技术参考评选理由：在3D打印被逐渐广泛认知的背景下，该文系统论述了各种材料的3D打印技术的最新进展以及它们的潜在应用，讨论了结构材料增材制造的关键问题，对初学者和有一定研究经历的人士都大有裨益。 8. 史玉升教授团队顶刊综述：超材料的增材制造技术与发展趋势 超材料是指自然材料所不具备的特殊物理性质（如电磁/声学斗篷、零/负泊松比、负折射率等）的人工结构或复合材料，这些奇特的物理特性可以通过精心设计的（准）周期性结构或多材料组合来实现，在国防工业和民生领域都有着广阔的应用前景。 增材制造技术由于在制备复杂结构方面具有巨大优势，为制备超材料提供了有效技术手段。史玉升教授团队长期致力于该领域的研究工作，在增材制造超材料的设计与制备方面已发表系列文章。该团队于2021年在材料领域顶刊《Materials Today》上发表论文，对超材料的增材制造技术与发展趋势进行论述，明晰了超材料的分类、指出了增材制造不同类型超材料的研究现状和发展趋势、提出了五模超材料，为超材料在工程机械、航空航海和生物医疗等领域的应用提供了思路。 3D打印技术参考评选理由：史玉升教授团队长期致力于4D打印技术和超材料研发，该文让我们认识到了什么是超材料，以及3D打印在制备超材料时所能发挥的重要作用，为我们展示了一个采用3D打印技术制造神奇材料的世界。 9. 比钢丝绳强5倍：中国科学家3D打印蜘蛛丝复杂三维纳米结构 2021年9月，新华社报道了中国科学院上海微系统所陶虎团队与上海交通大学夏小霞、钱志刚的合作成果，他们成功用基因重组的蜘蛛丝蛋白3D打印出纳米机器人，相关研究成果被发表于《Nature Communications》。 实验表明，一束由蜘蛛丝组成的绳子比同样粗细的钢丝绳还要坚韧，它能够承受比钢丝绳还多5倍的重量而不会断裂。然而，在自然界中获取大量蜘蛛丝非常困难，该团队创新开发基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶，通过优化重组蜘蛛丝基因片段和分子量，结合基于百万级数量电子的大规模仿真模拟，实时控制加速电压调控电子在丝蛋白光刻胶里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，实现了分子级别精度的真三维纳米功能器件直写。 3D打印技术参考评选理由：蜘蛛丝蛋白优异的机械强度为复杂三维纳米结构提供了关键支持，良好的生物相容性允许进一步通过功能化，实现可载药、可驱动、可降解的4D纳米功能器件（时空可变形），在智能仿生感知、药物递送纳米机器人、类器官芯片等研究领域具有明确的应用前景。 10. 具有集成流体电路的多材料全3D打印软体机器人 在过去十年中，软体机器人领域已经确立了自己独特的适用于使用传统刚性机器人难以或不可能实现的应用。对由流体装置（如液压或气动）驱动的柔顺材料的依赖增强了软体机器人的许多固有优势，特别是在人机交互的安全性、成本更低和操纵复杂且精密结构的适应性方面。然而，目前影响软体机器人实用性的一个关键障碍在于，当需要增加独立操作的执行器的数量或自由度时，通常需要相同或更多数量的不同控制输入。 为了减少或消除对此类外部控制方案的需求，研究人员研究了多种通过流体逻辑增强软体机器人自主性的方法。美国马里兰大学的研究人员于2021年7月在《Science advances》报告了采用PolyJet 3D打印技术制造具有集成流体电路的多材料全3D打印软体机器人。研究人员最初在CAD软件中设计组装模块化组件，如流体电路元件、互连和接入端口以及软机器人执行器和结构构件，形成具有具有完全集成流体电路的软体机器人模型；然后采用PolyJet工艺在一个打印过程中实现三种材料固化成型，包括软体机器人的柔性部分、刚性结构以及支撑材料。为了支持控制软机器人功能的底层流体电路的复杂性，研究还展示并描述了与 PolyJet 3D打印策略兼容的基本类型的流体电路元件，包括流体二极管以及常闭和常开流体晶体管。 △左右滑动查看更多 3D打印技术参考评选理由：由于软机器人领域仍处于起步阶段，驱动操作的潜在输入方式仍然多种多样。这项工作采用3D打印的方式实现了软体机器人整体结构的完整成型，对传统的需要外部连接线和控制器的制造技术是一大挑战，未来可能影响生物医学应用，包括康复设备、手术工具和可定制假肢。 END 3D打印技术的进一步发展离不开实验科学的进步与研究人员的努力，本文所列举的研究成果更是对现有制造不足进行的改进尝试，它们可能在很长一段时间内无法实现落地应用，但却为技术的发展积蓄着力量。本文亦仅能遴选万千技术研究的极小部分进行展示，未来，该技术将在改变人们生活和生产方面继续发挥更大的作用。 注：本文内容由3D打印技术参考总结，转载须在正文开始前注明来源。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读：…