2014年，一件3D打印的空客A350 XWB支架连接器因彻底改变了飞机构件的制造方式和民用飞机的“轻量化”途径，从而入选“德国工业创新奖”。这个用于固定飞机机翼和发动机的部件因具有复杂的几何结构而无法采用传统工艺制造，但3D打印这种新的制造工艺却将其塑造为现实。这种跨行业的开发形式不仅获得了卓越的质量，更具有经济价值，从而促进性了它的批量化应用。 空客公司表示，通过整合这些零件的生产流程，3D打印使其对供应链的控制力更强。同时，在中等制造数量下，金属3D打印比传统工艺更具成本效益，且大大缩短了交货时间。在需求可能不可预测的行业中，这是一个重要的权衡因素。 这个相对较为复杂的支架，过去采用铝合金铣削制成，在加工时会产生大量浪费。而采用钛合金3D打印，结构的优化使其重量减轻了30%以上。在飞机制造过程中使用金属3D打印的重要依据是该技术实现了几何自由并能够减轻重量。“轻量化结构”能够帮助航空公司更经济地运营飞机。新的飞机设计需要数千个飞行测试安装支架，这些支架的生产单位数量非常少，而增材制造技术则允许设计师尝试新的结构。 3D打印带来的优势还包括生产中工具成本的降低，由于在3D打印过程中不需要工具，因此现在可以在早期阶段以较高的效率批量生产这些零件。以前需要6个月时间来开发一个组件，而采用3D打印之后时间缩短到了1个月。 基于以上优势，空客多年来一直在飞机设计和制造过程中采用3D打印技术，无论是Concept Laser、EOS还是西亚基都是空客的合作伙伴。多年过去，3D打印工艺和材料科学获得了进一步发展，“轻量化”和“仿生学”也指向了一个新的趋势。空客正在研究3D打印复合材料支架制造代替钛合金的可能性。一架商用飞机每减轻一公斤重量，就可以在其使用寿命期间减少25吨CO2排放，复合材料在性能可靠的情况下无疑会进一步推动轻量化的发展。 近日，先进制造商Arris Composites透露了与空客公司合作的一项研究，该项目专注于机舱支架的生产，并希望通过利用创新的制造方法和材料（包括复合材料）来实现航空碳排放量的显著减少。 据Arris称，将220克的金属支架进行拓扑优化后采用连续纤维复合材料3D打印可以使零件重量减轻75%到50克。由于每架飞机会配备500个这种支架，如果一年会制造100架飞机，50000个轻量化的支架在整个生命周期中会节省1.13亿吨的燃油，并减少3.57亿吨的CO2排放。 航空航天领域一直在探索热塑性复合材料的韧性和优势。这些材料开发工作已成为下一代复合材料研究的基础。尽管热塑性塑料具有理想的材料特性，但有限的制造能力限制了它们的使用。Arris Composites公司开发了一种称为Additive Molding的技术，通过在热塑性树脂中精确排列连续纤维，获得了具有无与伦比机械性能的下一代复合材料及成熟的大批量成型方法，这些产品具有高度集成性，所制造的产品比金属更坚固、更轻。 Arris Composites声称，金属替代的新时代已经到来，机加工、3D 打印、金属铸造、金属注射成型和金属包覆成型的产品可以被卓越的复合设计替代。连续纤维+热塑性塑料复合制造实现了高强度和轻量化零件的批量生产，通过这种新工艺，可以以与塑料成型产品相同的速度生产高级碳纤维材料，而碳纤维零部件替换钛材料，可使重量减轻78%。 空客公司创新经理巴斯蒂安·谢弗表示，“空客正在朝着使航空旅行更清洁、更可持续的方向迈进，要实现这一转变，需要探索具有重大影响和实际应用的颠覆性创新。我们设计和制造飞机的方式正在发生变化，像Arris这样的新兴技术公司能够帮助我们实现对更好航空旅行的愿景。我们知道仿生学、拓扑优化和先进复合材料是未来，Arris正在帮助我们将这些设计和材料理想结合起来，以实现更好的飞行未来。” 此外，Arris Composites指出，其增材成型技术结合了增材制造和高速压缩成型工艺，将对更换零件和未来的飞机结构产生巨大影响，因此减少碳排放是可能的。空客本身致力于探索这样的技术途径，以支持其实现更可持续的航空旅行的愿景。 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.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料 2.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 3.Raise3D将以9.9万和2.9万的价格发售桌面金属和碳纤维3D打印机 4.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

11月12日，Desktop metal正式完成对粘结剂喷射3D打印技术领导者Exone的收购，后者通过补充解决方案扩展了Desktop Metal的产品系列，创建了当前最强的粘结剂喷射金属3D打印产品组合，以提供行业领先的吞吐量、灵活性和材料广度，为客户提供多种选择来满足其特定应用。 11月16日，3D打印技术参考了解到，Desktop metal宣布收购另一家粘结剂喷射技术领域的新锐企业——Meta Additive。该企业所推出的粘结剂喷射技术和新型功能粘结剂提供了先进的增材制造解决方案，以应对当前该工艺领域所面临的孔隙率、收缩、零件尺寸限制和生产速度缓慢的问题。 Meta Additive的技术特点在当前所有的粘结剂喷射工艺中，构成最终部件的材料几乎完全来自粉末床，而粘结剂是牺牲品。这意味着，一旦通过脱脂步骤去除了粘结剂，最终产品就需要漫长的热处理步骤来固结零件，这通常会导致残留孔隙率和高收缩率。 为了克服这些问题，Meta Additive改为使用非牺牲性粘结剂，这些粘结剂可以同时用功能性构建材料粘结和渗透粉末床。具体来说，它由由金属成分或陶瓷成分制成，这取决于打印材料。这种由分子成分、纳米成分和微成分组成的粘结剂，没有任何需要去除的部分。纳米颗粒在粉末颗粒间填充空隙，其中的分子成分——Meta Additive 的技术关键，通过分子水平的设计让其以希望的方式进行反应。类似于XJet和ExOne的工艺，纳米颗粒填充在粉末间隙来实现颗粒间结合和渗透。 这种方法的一个明显好处是烧结过程中的零件收缩要少得多。而传统的粘结剂喷射工艺可以看到高达20%的零件收缩率，并且需要长时间的脱脂和烧结才能达到98%和99%的密度。Meta Additive 可以在很大程度上控制每个零件的密度和孔隙度，收缩率低至2%，这是真正的技术突破。在烧结之前，直接打印完的零件已经相当坚硬，密度高达88%。“那是因为在打印过程中发生了真正的化学反应，形成了真正的金属键。进行热处理只是为了巩固其余的微观结构，以实现精确微观结构”，该公司联合创始人凯特布莱克博士表示。 Meta Additive的技术将解决什么问题？ • 孔隙率和结构多功能性 Meta Additive在化学层面重新设计了粘结剂喷射过程。传统上，3D 打印部件只能由单一材料制成，密度均匀。Meta Additive 的工艺使制造商能够同时打印多种材料的单个零件，甚至允许定制材料的机械和结构特性，从而实现真正的设计灵活性。 •降低成本 新工艺使用的材料不仅消除了脱脂步骤的需要，而且还降低了后处理阶段所需的热量水平。这意味着后处理温度将缩短并显著降低高达 300 °C，从而降低成本。 •降低收缩率和开裂风险 该工艺中使用的粉末和粘结剂均由100%构建材料制成，无需脱脂步骤，并将收缩率从20%降低到仅2%，烧结温度的降低也降低了开裂风险。 •可持续性和速度优势 没有脱脂阶段、更短的热处理时间以及后处理温度的降低显著减少了制造每个组件所需的时间和所需要的能源。最重要的是，它们的工艺使用100%构建材料而不是传统的牺牲粘结剂，减少了产生的物理浪费。 该工艺流程因此可以更快、更经济、更可持续地打印零件，但仍然具有更高的质量和广泛的定制选项。 •突破零件尺寸限制 由于粉末和粘结剂由100%构建材料制成，更高的生坯强度和消除脱脂步骤使零件能够打印出比以前更大、更复杂的组件，而无需支撑结构。   强大的喷墨打印头能够处理此前难以喷射的各种流体凯特布莱克博士表示，“我们的技术有点像喷射‘类固醇’粘结剂，从某种意义上说，Meta Additive的技术顺应了所有喷射技术——可以越来越混合以进一步利用喷墨头的体素控制能力。”据3D打印技术参考了解，Meta Additive此前获得喷墨打印头供应商Xaar的投资，Xaar（1003）打印头的可靠性和性能也被证明是Meta Additive成功的关键。 Xaar 1003打印头的宽操作窗口和独特技术使Meta Additive能够使用以前被认为难以喷射的各种流体。Xaar的打印头架构和独特的TF技术、高沉积技术和高粘度处理能力，再加上该公司高级应用和技术组的支持，帮助Meta Additive 超越了喷墨打印的传统限制。 “在最初发现无法获得足够强大的打印头之后，Xaar 1003产品的到来以其独特的技术和处理各种流体的能力改变了我们的开发过程。”Meta Additive的联合创始人凯特布莱克博士表示。 END 此前，Desktop Metal开发了用于有效烧结的先进软件，ExOne推出了纳米颗粒粘结剂，XJet更进一步，直接喷射金属纳米粒子，进一步模糊了粘结剂喷射和材料喷射之间的界限。Meta Additive则通过化学的方式解决所有问题。 粘结剂喷射作为一种真正的下一代生产工艺正在提高人们的期望。有人称其为增材制造2.0。Desktop Metal相继完成了对该技术领域所有先进技术领导者的收购，已经成为真正的巨无霸，只需等待它推出怎样让人振奋的产品。 注：本文内容为3D打印技术参考原创，转载请注明来源。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.喷墨技术专家——理光，推出粘结剂喷射金属3D打印机 2.Desktop Metal如何保障粘结剂喷射金属3D打印质量的均一性和可重复性 3.无法忽视的DM帝国：被Desktop Metal收购的领先3D打印企业 4.GE增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术

粘结剂喷射（Binder Jetting）金属3D打印致密单质合金在国内外的起步时间相差不大。从报导资料来看， Desktop Metal、HP、GE等差不多在近五年左右开始开发该技术，Exone要早一点。在国内，武汉易制从2013年开始专注于粘结剂喷射3D打印技术，目前已经具备了一定的生产能力。本期，3D打印技术参考邀请到易制科技董事长蔡道生博士，详细解读粘结剂喷射金属3D打印技术当前的应用与发展难点。 当前国内粘结剂喷射金属3D打印技术研究与发展概况 粘结剂喷射金属3D打印技术工艺具有高速度、低成本、高精度的显著优势，以及国外在该技术方向的蓬勃发展，特别是在2018年该技术被《MIT Report》评为 “全球十大突破性技术”，国内越来越多团队开始重视该技术，一些从事粘结剂砂型打印和粉末冶金技术的团队也开始尝试研制，广东省、湖北省把该技术列入了重点专项进行支持。但是到目前为止，国内只见到武汉易制科技在该领域实现了基本应用的报导，并在多个行业进行测试。虽然粘结剂喷射与面成型（LCD、DLP）3D打印技术是目前3D打印行业的发展热门，但人们对粘结剂喷射技术的认知仍然有很多不足。由于最初的粘结剂喷射仅用来打印石膏，该技术一度被认为精度差、强度低。对于粘结剂喷射金属3D打印技术，甚至一些专业人士也误认为该技术做不了高强度致密金属零件。事实上，很多材料用该技术已经取得了较高的致密度，性能指标满足了绝大多数应用场景；对于特殊高性能要求的场景，还可以通过热处理或热等静压提高，而且采用真空烧结生产的零件，由于内部孔隙是真空状态，热等静压基本可以实现完全致密。 基于制造量和零件复杂性的3D打印技术图，Binder Jetting的主要影响将出现在更高产量的应用中（来源：Ampower） 粘结剂喷射、金属 FDM、MIM 和 LB-PBF 的显微孔隙率分析（来源：Ampower） 易制团队在基于对粘结剂喷射技术的深度分析，在前期十多年3D打印开发经验的基础上，以华中科技大学为技术支撑，从2013年开始专注于该技术方向的开发和应用，以实现批量化应用为目标，从2016年开始研制粘结剂喷射金属打印技术，并于2017年成功打印致密合金钢零件。实现了从切片软件、打印数据处理、喷墨打印控制到粘结剂、烧结等材料和工艺的全自主开发。从目前国内粘结剂喷射金属3D打印技术的发展状况来看，武汉易制是目前掌握了从软件到材料和烧结工艺全套技术的主要团队，并已在多个应用场景开始尝试应用，预计一年以内会实现部分领域批量化应用。 粘结剂喷射金属3D打印技术的应用与发展难点 粘结剂喷射金属3D打印技术非常复杂，其复杂在于不仅所涉基础科学面太多，而且影响最终零件性能和精度的因素太多。除了研制3D打印技术常规所需掌握的软件、控制等技术外，掌握粘结剂、金属材料、烧结工艺及其相互影响规律等都非常重要。由于烧结工艺的影响因素非常之多，所以持续稳定地生产出合格的零件需要大量的实验才能总结出一套确定的工艺方法，即使相同的材料和打印参数，用同一台烧结炉采用不同的温度曲线，得到的零件性能也会不同，更不用说实际生产过程中任何一个环节变化都可能造成金属粉末成分和粒径分布差异、粘结剂成分和比例差异、温度场差异、传热差异等，这些差异加上烧结时重力和摩擦影响，很容易造成最终零件的性能和尺寸相差很大。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 通过近几年的发展，业内对粘结剂喷射金属3D打印的认识有所提高，目前，人们已经相信该技术可以制造出致密高性能零件，大家对该技术的主要担心集中在变形和精度上。由于烧结会收缩才会致密，而只要收缩一致就可以通过软件进行补偿，而做到收缩一致，就要做到材料一致、烧结温度场均匀一致以及外力影响一致。外力影响基本就是重力及其产生的摩擦力，重力和摩擦力的影响也是最难完全解决的。为了解决收缩一致问题，不同团队根据自己的理解采用了各自不同的方法，通过这些方法，绝大多数零件在精度控制方面都可以得到解决。 目前来看， 粘结剂喷射金属3D打印是唯一可以实现工业批量化应用的金属3D打印技术，其速度快、成本低和数字化柔性制造的特点一定会使其在制造业中占有很大比重。当然，其也有不擅长的地方，这些不擅长的基本都来自烧结工艺无法或者很难克服的问题——重力和摩擦影响：如不擅长加工无支撑结构的大面积薄壁件，不善于制造细枝树状零件等。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 从以上分析可以看出，粘结剂喷射金属3D打印要实现真实应用，需要根据实际应用提出目标要求，选择金属材料和粘结剂，采用相对应的参数打印出初胚零件，再选择合适的烧结工艺烧结得到零件，甚至可能还需要热处理工艺，最后交给应用端进行测试。在整个生产过程中，任何一个影响因素的变化都可能对零件最终性能和精度造成很大的影响，这就需要事先进行大量的打印、烧结实验，确定一整套方案，最终才能实现应用。加上材料种类的繁多以及应用需求的多变，这就决定了粘结剂喷射金属3D打印开始实现批量化应用需要较长的时间。 易制科技就粘结剂喷射金属3D打印技术已取得的重要突破 纵观全球所有从事粘结剂喷射金属3D的公司，几乎没有公司在五年以内就实现批量应用，目前大家状态相近，多处于在某个应用场景的测试阶段，预计一年以内随时可能取得突破。与选择性激光熔融金属3D打印的应用特点不同在于，任意一个应用场景的突破，即使仅限于国内都可能是几十亿上百亿的应用规模。由于粘结剂喷射金属3D打印技术的出现就是定位于批量应用，所以一定需要往高速打印方向发展，并不断提高打印精度，丰富材料种类，同时注意环保要求。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技正是基于以上思路开展粘结剂喷射技术的研发和应用推广的。从2013年至2015年的前三年实现从无到有，首先基于已有的成熟应用材料（石膏和砂型）开展打印机研制。2016年时，当时首先是考虑开发全新的高精度塑料3D打印机，再逐步开展金属打印研制，但是基于合作伙伴的建议，把重心放在了金属打印方面。通过两年左右的探索，在2018年初才制造出第一个金属零件。 在经过近六年的粘结剂喷射技术开发之后，易制科技对粘结剂喷射技术的认识也上升了一个台阶，并根据理解对喷墨打印系统和软件进行了根本性升级，解决了大数据量的处理和传输问题。2018年之后，几乎每天都要进行打印和烧结实验，经过千万次的实验，在铁基粉末打印烧结方面储备了足够的经验和理解，打印316L和304L零件的致密度可达99%，拉伸强度600Mpa，延伸率>60%。2021年开始，把研发重心放在了高速、高精度打印和环保粘结剂材料的开发，目前已经掌握了一整套完整的打印、材料及烧结技术，总结几个具有鲜明特点的关键技术如下： 1、大数据量高速数据处理软件。喷墨打印采用点阵数据，3D打印切片数据转换成高分辨率的点数据时，一层的数据量甚至可以达到1G以上，占用了很大的计算机内存，特别是大幅面高速onepass打印，甚至直接造成计算机崩溃。所以需要根据切片数据在线RIP实时输出打印数据，保证打印的墨滴精细度，同时占用很小的内存，还能做到墨量精细调节。 2、自适应喷孔容堵喷墨打印方法。可根据喷头堵塞情况，在不同层面之间自动进行微小错位打印，容忍部分喷孔堵塞产生打印缺陷。 3、高兼容性铺粉压实技术。铺粉系统兼容不同粒径不同形貌的金属粉末，铺粉过程中落粉的同时辅以辊筒抹平压实，实现落粉均匀并致密铺展在整个工作面，减少铺粉对已成形零件的冲击。这对于大台面工作缸极其重要，在保证铺粉均匀性的基础上能提高铺粉致密度5~10%。 4、高速打印系统。在喷头喷孔宽度只等于工作缸打印宽度的情况下，可实现不停顿铺粉的同时完成打印，极度减少打印时间，整体加工时间等于铺粉时间。 5、高精度打印方法。切片轮廓打印精度可达1200DPI，通过喷头波形及墨滴修改技术调整墨滴大小和喷射速度，实现稳定喷墨同时减少墨滴对金属粉末的冲击，达到最佳喷射效果。 6、低残碳环保墨水。新的水性环保墨水具有极低的残碳量，适合于对碳元素敏感的金属材料的批量化生产。 END 正是基于“工业革命”驱动力的思考，易制团队的目标是开发能对制造业具有足够影响力的技术，粘结剂喷射3D打印技术是目前能看到的最具工业应用价值的普适性技术方案。一旦该技术的原材料成本接近于精密铸造原材料成本的2~3倍时（这个目标将会很快实现），很多几十公斤以内精密铸造的零件将会转向采用粘结剂喷射3D打印技术。 因此，我们想象的一种场景：对于金属零件，当人们在选择制造方式时，如果零件相对简单时，采用CNC技术；如果零件相对复杂，采用粘结剂喷射3D打印；如果零件很大很重，选择铸造方法；如果精度要求比较高，粘结剂喷射3D打印和铸造再结合CNC。对于其他的3D打印技术，我们更应该把他们看着是“特种加工技术”，是具有某种特种功能特点的技术。 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.喷墨技术专家——理光，推出粘结剂喷射金属3D打印机 2.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 3.GE增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术 4.基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析

运载火箭捆绑点轴承支座是助推器连接芯级火箭实现传力的关键主承力构件，传统制备材料选用高强钢锻件机加工而成，具有强烈的减重需求。TC11钛合金是我国开发的可在500℃以下长期服役的α+β型高温钛合金，室温强度高、热强性好，是制造航空发动机、高压压气机盘及叶片的主要材料以及航天器主承力构件的潜在材料，有取代高强钢作为航天主承力构件材料实现运载火箭轻量化的巨大潜力。 但钛合金的加工性能差，大型钛合金结构件的传统制造一般需要大型锻压设备及大型模具，制造难度大，材料利用率低，制造周期长，设备成本和生产成本高。因此，大型关键钛合金构件的制造技术被公认为是航空、航天等高端重大装备的核心关键制造技术之一。 上海航天设备制造总厂有限公司增材制造团队的相关研究作为封面文章发表于《中国激光》 激光熔化沉积成形属于增材制造技术，可实现零件的近净成形，因具有较少的去除量且可避免使用模具和大型锻压设备，因此可显著降低航天领域大型金属构件的制造成本和周期。 组织和性能是激光增材制造钛合金研究热点问题，成形过程中移动的熔池对成形件反复热作用决定了成形件的组织和性能。为满足航天主承力钛合金轴承支座的应用需求，近日，上海航天设备制造总厂有限公司增材制造研究团队研究了不同热处理工艺下的组织和性能，使激光熔化沉积制造的TC11钛合金强度和塑性均显著提升, 达到了锻件标准，为整体轴承支座性能调控提供了依据。 创新研究与结论 围绕如何均匀化激光熔化沉积成形TC11钛合金组织和提升成形件的综合力学性能，研究团队采用双重退火热处理工艺对激光熔化沉积成形后的TC11钛合金进行组织和性能调控。分析其组织和性能的演变行为，建立热处理-组织-性能关联关系，为后续其它工艺组合下钛合金成形件的热处理制度选择提供参考，为TC11钛合金航天主承力构件的轻量化应用提供经验。研究结论如下： 1) 在异质形核和外延生长形核两种机制的竞争下，TC11钛合金的沉积态组织沿沉积方向呈柱状晶和等轴晶交替生长的现象。沉积态微观组织主要由晶界集束α相组成的魏氏组织及晶内细针状网篮组织构成。沉积态TC11钛合金经双重退火后组织明显粗化，且随着退火温度升高，晶内α相的长径比减小，晶界α相出现断续、球化和消失现象；当退火温度为1025℃时，晶界重新形成连续晶界α相，晶内组织突变为细化的网篮组织。 图1 激光熔化沉积系统及工艺方法。(a)LMD系统; (b)成形过程; (c)扫描路径; (d)热处理制度 2) TC11钛合金沉积态和热处理态的力学性能均满足锻件标准要求，双重退火可显著提升沉积态的力学性能。受晶内和晶界组织的影响，随着退火温度升高，TC11钛合金的强度总体先降低后升高，塑性整体上呈先增后降的趋势。随着退火温度升高，屈强比先升高后降低，并于1010℃时达到最大。沉积态和双相区内退火TC11钛合金强度的各向异性<3%，表现为趋近各向同性的特征，塑性各向异性呈先增后减的趋势，在995℃退火后塑性的各向异性最小。 图2 柱/等混合组织。(a)沉积态；(b)热处理态 3) 受晶内组织及连续晶界的影响，沉积态TC11横、纵向拉伸断口均表现为沿晶断裂特征；双重退火后，晶界出现断续、球化和消失现象，裂纹以微孔聚集机制不断长大，断口表现为韧性断裂特征，在995℃退火后，断口上的韧窝最均匀。 图3 拉伸性能。(a)横向拉伸性能；(b)纵向拉伸性能；(c)屈强比；(d)各向异性 以上研究为TC11钛合金航天主承力构件的轻量化应用提供经验。后续，团队将针对大型钛合金构件不同部位力学性能差异，以及包括冲击性能在内的其它使役性能进行考核，并对钛合金轴承支座表面质量及内部质量进行无损探伤检测，优化成形及后处理工艺以满足使役性能需求。 上海航天设备制造总厂有限公司增材制造研究团队 团队介绍 上海航天设备制造总厂有限公司隶属于中国航天科技集团第八研究院。依托于“上海航天复杂金属构件增材制造技术研究中心”和“中国航天科技集团增材制造工艺中心”，增材制造研究团队拥有包括LMD、SLM、WAAM等各类增材工艺与装备研究制造平台。 近年来，团队承担了多项国家重点研发计划课题、国家自然基金、上海市启明星等省部级以上的科研项目，系统开展了激光增材制造工艺、装备、工程化应用等方面的研究工作，相关研究成果发表在《中国激光》、Additive Manufacturing、Optics & Laser Technology 等国内外知名期刊，并荣获“中国航天科技集团科技进步二等奖”“上海市科学技术进步二等奖”等多项科技奖励以及“中国军民两用技术创新大赛铜奖”“上海市产业青年创新大赛金奖”等多项国家级、省部级荣誉。 注：本文内容来自中国激光，文章题目《激光熔化沉积TC11钛合金双重退火后的组织和力学性能研究》。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.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 2.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 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.多位知名学者联合综述：金属增材制造过程中的微观结构演变和多阶段控制

上海复志（Raise3D）是一家位列国际第一阵营、处于高速发展的国际化公司。作为国际一线品牌，公司自主研发3D打印机、切片软件、企业级云平台，并构建了兼容并蓄的行业生态系统。为全球客户提供一站式基于3D打印的柔性化制造方案。 11月1日，Raise3D正式开始向全球交付最新的Pro3系列3D打印机。而在此之前，其Pro2系列已在全球累计销量超过20000台，是全球最畅销的专业级3D打印机之一，用户涵盖SpaceX、NASA、赛峰、特斯拉、好莱坞等一众国际品牌。此系列打印机于2018年发售，将高精度、大尺寸、材料兼容等特点集于一身，售价不到4万元，连续两年荣膺德国All3DP评选的最佳大尺寸打印机大奖。Raise3D公司也凭借这款产品的热销，一举进入全球专业级3D打印设备的前三名。 作为一款中国设计、中国制造的产品，Pro2系列优秀的产品力让它在全球不同的行业扮演着重要的角色。从航空航天，到汽车制造，再到电影创意，Pro2系列逐渐被全球熟知与认可，这背后离不开Raise3D研发夜以继日的辛勤工作。 随着科技不断的发展，3D打印技术被愈来愈多的运用在不同的行业，在一些全球著名的公司里，总是能见到Raise3D Pro2系列的身影。 图 | 波音公司高级可视化和沉浸式发展中心员工向俄克拉荷马州州长Kevin Stitt介绍Pro2 系列打印机 高效定制夹具 Pro2系列助力SpaceX火箭回收 SpaceX火箭一级回收技术是它被人熟知的开始，自2015年首次成功以来，媒体和大众早就习以为常。 作为SpaceX的重要供应商之一，Elite Aerospace负责承担于SpaceX部分航天部件的翻修工作。如何满足SpaceX回收后快速重复发射的商业模式，成为了公司工作的重中之重。由于每次发射的火箭都有迭代，且实际损耗的部位不同，无法提前预知。因此如何快速地定制开发出夹具成为了Elite Aerospace在承接SpaceX的猎鹰火箭翻修任务中最大的挑战之一。 图 | SpaceX Starlink（星链）项目一箭多星示意图 在SpaceX研发人员的推荐下，Elite Aerospace公司开始使用Raise3D的3D打印机来制作夹具。Raise3D 3D打印机具有可支持大尺寸零件打印、高打印精度、高打印效率、耗材兼容性强等优势，为Elite Aerospace公司带来了意外惊喜。在使用Raise3D Pro2系列后，他们不仅达到了SpaceX的交付时间要求，同时也为整个项目节省了数百万美元的经费。 点击图片查看完整案例 精密陶瓷3D打印 Pro2系列助力Safran航空发动机制造 如今主流的陶瓷3D打印技术主要为分层实体制造(简称LOM）；熔融堆积（简称FFF）；形状沉积成型（简称SDM）；立体光刻（简称SLA）；喷墨打印法(简称IJM）。 其中SLA是目前使用最多的工艺生产技术，而在更为常见的FFF技术则受限于高性能陶瓷线材的开发的纳米级工艺标准，目前全球仅有德国BASF和法国创新企业Nanoe有相关产品，且价格较高，因此熔融堆积技术在陶瓷3D打印中所占的市场规模较小，主要被应用在5G精密制造和航空航天两个方向，用户包括航空发动机制造商赛峰公司（Safran）和精密陶瓷芯生产商Avignon Ceramic等。 图 | 正在打印陶瓷材料的Raise3D Pro2设备 Avignon Ceramic是全球知名的高性能陶瓷制品生产企业，公司成立至今已150年，1990年开始引入CIM（陶瓷注射成型技术）。目前生产包括光纤陶瓷插芯，泡沫陶瓷滤芯等高精尖的陶瓷产品。同时，Avignon Ceramic也是赛峰陶瓷产品的供应商，为其生产供应高精尖陶瓷产品。 图 | Avignon Ceramic生产的零件（图片来源：Avignon Ceramic官方网站） 从最初对材料商Nanoe推荐中国品牌的不解，再到被Pro2系列的性能所折服，自选择Raise3D 3年以来，Avignon Ceramic一直保持使用FFF 3D打印技术来进行定制化滤芯生产，尤其是结构复杂又精细的泡沫陶瓷滤芯，其滤芯陶瓷致密度高达99%。得益于3D打印的优势，Avignon Ceramic的产品设计师可以精确设计滤芯的支柱长度和孔径，从而来控制金属熔体的流量以及过滤精度，提高产品的功能性以及确保产品品质的稳定一致。 点击图片查看完整案例 快速原型测试 Pro2系列助力汽车零部件原型设计 据Wohlers2020报告，汽车已经成为3D打印技术最大的应用，超越航空航天、医疗等领域，全球领先的电动汽车制造商特斯拉也加入到这一队伍之中。 特斯拉主要将3D打印技术应用于原型制造中，如之前曝光的从70个不同零件变成只有2个的Model Y新款车底部件，就是使用3D打印进行原型设计的。除了快速，精确的制作原型之外，设计师还可利用3D打印技术拓扑优化生成设计，以提高设计零件的质量和性能。 图 | 特斯拉Model Y新款车底部件 特斯拉对3D打印技术的重视从公司的招募状况也可以看出来，据资料显示，自2020年9月份起，特斯拉开始大量招聘3D打印技术人才。另外，值得一提的是，特斯拉的兄弟公司SpaceX很擅长运用3D打印技术，两家公司也经常互相分享3D打印经验。 继特斯拉美国加州弗里蒙特工厂之后，今年9月，Raise3D也在其上海超级工厂完成了3D打印机的装机与交付。 图 | 特斯拉上海超级工厂 点击查看Pro2系列在汽车原型测试上的应用 大尺寸一体成型 Pro2Plus助力好莱坞特效设计 Steve Wang是一名好莱坞的资深原型师、设计师，曾参与过《X战警:背水一战》、《哥斯拉》、《异形大战铁血战士》等几十部电影，也是暴雪公司Blizzard的长期合作设计师。 图 | Steve Wang与他的作品 自从在暴雪工作室第一次接触到3D打印后，Steve就爱上了这个快速又便捷的数字化生产技术。在之后与合作伙伴创办工作室时，他也毫不犹豫的采购了3D打印机，用于模型设计的原型制作。 图 | Steve…

多尺度孔隙结构广泛存在于自然界中，在动植物长期自然进化过程中，为获得最佳性能以适应环境变化方面发挥着至关重要的作用。例如，蝴蝶翅膀、木头、骨头、树叶等生物结构，均具有从纳米级到宏观级的多尺度孔隙结构。受这些自然现象的启发，科研工作者努力尝试研制具有功能性的多尺度孔隙材料，以用于特殊领域。尤其在催化领域，相比固体或单一孔隙催化材料，多尺度孔隙材料因具有更大表面积、更高孔隙率和更多活性位点，而显示出更高效的催化性能。在多尺度孔隙催化剂中，纳米多孔催化位点附着在微多孔框架表面。微米多级孔可提供为更大的比表面积，因而为纳米多孔催化位点提供更多附着空间；纳米多孔则有助于减少客体分子与催化位点间的扩散障碍，持续将客体分子转移到纳米催化位点。 近期，华中科技大学史玉升教授团队cai副教授与新加坡南洋理工大学周琨教授合作报道了一种简易且可批量化制备微纳多孔催化剂的3D打印/脱合金复合方法。激光选区熔化（SLM）3D打印成形具有微米多孔的合金框架，然后通过脱合金工艺在微米多孔框架表面形成纳米多孔（图1）。该研究中，CuTi混合粉末为SLM打印材料，成形出具有微米级孔隙的点阵结构，随后采用HF脱合金化学腐蚀脱除CuTi点阵结构表面的Ti元素，表面Cu元素在表面张力作用下通过扩散、聚集等方式原位自发形成纳米级多孔Cu结构（图2）。为验证概念的可行性，作者们将微纳多孔材料用作Fenton催化剂降解染料废水。 图1 3D打印/脱合金制备微纳多孔催化材料示意图   图2 纳米多孔Cu形貌、尺度与物相表征 实验结果表明，制备的微纳多孔催化剂在净化罗丹明B中显示出高效的降解效率，降解反应速率为 8.24 × 10-2 min-1，比传统均相Cu2+和非均相Cu粉末催化剂的反应速率分别提高了约8倍和2.5倍。同时，这种催化剂显示出有超高的稳定性和耐久性，以及出色的矿化和降解多化能力（图3）。优异的降解性能主要源自催化剂中分层互连的微纳米多孔结构，微米孔提供更多的比表面积，有利于在CuTi前驱体表面产生更多的纳米多孔Cu催化位点，纳米孔可为H2O2试剂与催化位点反应提供便捷的反应通道。降解机理研究表明，Cu(II)和Cu(I)之间的高效氧化还原循环反应，是高活性•OH自由基快速生成的根本原因（图4）。详细揭示了罗丹明B降解途径的四个步骤，包括N-去乙基化、发色团裂解、开环和矿化。 图3 微纳多孔催化剂显示出有超高的稳定性和耐久性以及出色的矿化和降解多化能力 图4 微纳多孔催化剂产生•OH自由基的机理示意图 最后，作者们制造了表面具有纳米多孔Cu的工业级尺寸叶轮和过滤器，以展示该方法在工程中的潜在应用。这项工作不仅证明了所提出的微纳多孔催化剂在实际应用中对废水净化的适用性，而且有望激发3D打印技术和化学合成的结合，以设计可调控的分级微纳多孔金属催化剂，并用于功能器件制造。 上述工作以题为“3D Printing and Chemical Dealloying of a Hierarchically Micro- and Nanoporous Catalyst for Wastewater Purification” 发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（文章链接：doi/10.1021/acsami.1c14076），论文第一作者为华中科技大学蔡超副教授，此前为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院博士后研究员，通讯作者为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院及新加坡3D打印中心周琨教授。 周琨教授团队长期从事高分子、金属3D打印的研究，包括材料开发、工艺过程模拟和结构设计等。此前，已有一项有趣的3D打印技术在环境应用方面的探索，团队利用激光3D打印技术制备了多种金属有机框架(MOF)/热塑性树脂复合薄膜，并探究了其在水处理方面的应用 (Li et al. ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11, 43, 40564-40574)。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.华中科大开发出一种消除裂纹、同时提高强度和延展性的3D打印镍基高温合金热处理方案 2.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 3.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 4.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构

随着3D打印在齿科领域的发展和探索，市面上宣称能应用于齿科的光固化3D打印设备百花齐放。由于齿科应用对精细准确的高要求，精度成了大家在设备中做选择时的主要考量。但是，精度越高，打印出来的齿科应用效果就一定越好吗？ 大家谈论的“精度”指什么？ 3D打印设备往往会给出一个精度指标，这也是大家普遍拿来判断设备精度高低的主要依据：“做导板，精度75um？Pass！精度50um，OK!” 事实上我们正在对比的只是设备上单一配件的工作参数，并不代表设备整体精度。 【△模型分层示意】 超过90%的3D打印技术都是层堆叠模式，简单理解就像三明治，一片片的不同形状叠在一起，变成立体的模型。每一片的成型效果，以及片与片之间叠加过渡效果，分别代表它的水平面精度和垂直精度。而各类设备标明的“精度”实际仅仅是水平面精度参数。 水平精度和垂直精度有什么区别？ 水平面精度即XY轴的精度，是成型面的图像构造能力，是设备光学元件的理论效用。 SLA是激光光斑扫描成型，类似用笔涂色块。因此它的XY轴精度参数即指其笔头（光斑）的最小直径，约80-120um。 【△SLA扫描的图 I 来源于网络】 而DLP、LCD的成型方式都类似二维码，由许多小方块构成一个图像。每个小方块即单个像素点，它的大小便是其图像最小构建能力，即DLP、LCD的XY轴精度参数。 【△DLP投影概念图】 3D打印的可是三维模型，所以实际上，它还有层与层的垂直精度要求。就如同样大小的三明治，每层厚度越薄，那么构成的片数量越多，层与层过渡越好，垂直表面越精细。 这个精度参数是成型面的厚度细分，最小是25um，由Z轴运动配件的最小步幅决定。层厚是可以在打印参数中设置的，好比台阶，一个台阶是25um高，我们可以选择一次走一个台阶或者数个台阶。 因此，设备的精度高低只是凭借单一的XY轴精度参数做对比，那就太片面了。而且！无论Z轴精度参数也好、XY轴精度参数也好，这些指标实际上是配件所提供的精度能力，它能为我们提供设精度参考值，并不能描述设备打印能力。 理论精度为什么不能描述设备打印能力？ 并不是配件具有高精度参数，设备就能有这么强的打印效果。人类的恒牙理论寿命是70年，但由于生长情况、饮食、清洁、伤病等影响，它往往没法达到如此长寿命。 设备也是如此，配件的质量和装配的好坏会影响其精度能力，比如一台DLP设备即使分辨率高，如果LED光源质量差，也发挥不出高分辨率的效果。 在微距拍摄甚至肉眼下，我们能明显区分出不同精度打印的牙模表面纹路差异，而有心的用户会发现，同样一个切片打印文件，同样一种树脂，换另一台同款设备去打印，表面也是存在差异的。 【△80umVS50um微距拍摄纹理对比（点开图片查看）】 这是因为：设备的3D打印能力不仅和其关键配件的配置质量有关，与设备装配、软件控制、匹配树脂等因素也有着密切联系。 相信大家在使用中遇到过这种情况：打印作业出现了问题，要排查原因需要对设备、耗材、数字模型、切片等多方面去着手，因为这些因素都将会对模型打印效果产生影响。 也即是说，设备的理论精度做得很好，那么它发挥的好坏就会在使用者手上，要求使用者对3D打印技术原理及工艺有较深的理解才能产出优质打印效果。 不仅如此…… 上述问题仅仅是一种静态下的情况。而我们将时间再拉长一点，在全幅面、多次重复下打印，如果设备缺乏感知反馈功能，那么还会出现不同位置、不同批次的同个模型产生差异的情况。 因此理论精度并不能定性设备的打印效果。 什么才是检验打印效果的最佳标准？ 黑格在做设备开发中发现了这个问题：目前所有的精度描述都是以设备角度出发去衡量的，这是一种因定义，它可以评判设备的好坏，但并不能评判它交付到用户手上时生产结果的好坏。 因此黑格采用了另一种因果定义——还原度：将数字模型打印出来后，再次将其扫描，得到的扫描模型与原数字模型进行重叠对比的重合率。 【△反扫重合率：绿色面积越大重合率越高】(*扫描会存在细微误差，这种误差在打印模型应用要求误差范围内，可被允许存在） 这种简单粗暴的方式直指3D打印的本质——所见即所得。以打印模型的还原度衡量设备的动态生产能力。覆盖了精度、表面质量、打印细节、尺寸误差、结构吻合等描述3D打印能力的各个维度，是检验打印能力的最佳标准。 在描述设备打印效果上，还原度比精度更精准，更贴合使用参照依据。 如何才能做到高还原度？ 在前文中，我们提到了既然设备、耗材、数字模型、切片以及软件算法、工作环境都会对3D打印质量产生影响。而黑格希望兑现3D打印所见即所得的愿景，让用户摆脱各类影响因素的桎梏，享受科技带来的便捷。 仅仅是提供优质的设备，还不够。 如何做到高还原度？经历过无数的弯路和探索，黑格的最终答案是全生态闭环与反馈。 【△4K应用场景化】 黑格科技最新一代齿科解决方案——Ultracraft A2D 4K 作为一台齿科专用的旗舰型3D打印机，搭配了4K呈效光学组件和工业级Z轴运动组件，理论精度值达到了±26.8um。 这个精度值很高，当然，仅仅如此是不够的。 它不仅是一台高精度设备，背后是需要数百人团队、数百斤研究资料、几GB数据来支持的生态系统。 为了让它生产运作稳定，植入了经过好几GB数据训练和优化的黑格人工智能算法、以及自动光学校准和光强补偿等自动优化补偿机制。 为了让它不受材料干扰，材料研发团队不断推出齿科专用树脂耗材，在满足应用的性能需求前提下，优化材料和设备所结合的打印适用性。 为了降低操作者的经验要求，搭建了封箱式前处理软件，得益于不断优化，软件会自动寻找适配方案，操作者只需要按照引导点击“确定”即可完成工作。 为了抵御环境的影响，建立了规范化生产环境勘察改造流程，在设备装机前对生产环境进行改造。 96.3%，这就是4K的还原度。（*数据来源于黑格实验室50例随机测试结果） 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.打通齿科数字化全链条！黑格科技3D打印应用云平台正式上线 2.3D打印迎来新机遇，全球化齿科头部企业如何借势腾飞？ 3.中科大：引入先进国产DLP 3D打印机，荣获多项荣誉，为教学实力强力背书 4.开核桃、抬杠铃丨一款“高刚耐温、超精细、低蠕变”的功能性3D打印树脂

近日，日本理光发布了一款采用自有工业喷墨打印技术开发的新型粘结剂喷射金属3D打印机，此举可谓出人意料。这台新机器旨在实现金属零件高速批量生产。重要的是，它将以稳定的方式支持各种材料，包括铝合金最终零件生产。 作为粘结剂喷射3D打印设备的核心部件，喷头是推动输出高质量、高性能零件的关键。当前，全球仅有10家喷墨打印头制造厂商，理光无疑拥有该部件的核心制造技术。 理光的喷墨打印头技术研发始于1985年，已拥有超过30年的喷墨技术研究和创新历程，其核心技术包括喷墨打印头及其控制技术、墨水和图像处理服务器。其推出的GEN5喷头已经非常成熟，对于生产型企业具有最佳的性价比；GEN6喷头在使用当前先进的增强粘合技术，耐用性和寿命相比GEN5喷头提升两倍以上，是目前使用最强粘合技术的产品。另外，理光致力于研发喷头的压电陶瓷核心技术，提升压电陶瓷的加工工艺，从而实现更强有力更精准的墨滴喷射效能。 在喷射类3D打印技术中，理光喷头的占有率非常高，能够喷射大尺寸墨滴的Gen4有非常大的应用前景， Stratasys的Polyjet技术的工业级3D打印机产品全部应用的理光喷头.然而在3D打印对喷头技术需求上，除了喷射大尺寸墨滴之外，现在还有高温环境使用的要求，理光也会针对3D打印推出高温3D打印喷头。 除了优秀的喷头研发技术&墨水技术，喷墨控制技术也十分重要。理光压电式喷墨技术可实现独特的动态可变墨滴技术，为高质量零件的打印提供了更多可能。 目前，已经有越来越多的公司在开发粘结剂喷射金属3D打印机，ExOne和Desktop Metal的设备已经推向市场，GE和HP也宣布将在年底实现商业应用。 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.惠普Metal Jet金属粘结剂喷射3D打印机计划明年进入中国市场 2.中文视频：Desktop Metal如何保障粘结剂喷射金属3D打印质量的均一性和可重复性 3.GE增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术 4.基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析

鞋模制造作为传统加工行业之一，其完整工序包括设计、木模制造、铸造、模具制作、咬花、喷砂、电镀/喷铁氟龙防护处理等工序。整个加工过程非常复杂，周期长，成本高，需要耗费大量的人工及满足严格的绿色环保要求。在时尚界，鞋企产品的更新换代对于占领市场起到至关重要的作用。3D打印在鞋企的应用大大简化了鞋模的生产流程，大大提高了生产效率，不断提高产品更新速度。 在2015年前后，国内SLA厂商开始使用光固化技术替代传统木具加工，经过几年技术的不断迭代后，在鞋模行业取得不错的效果，尤其是成本优势和更精细表面纹路的呈现效果。但即便如此，依然需要铸造配合完成所有工序。 SLM技术直接金属3D打印成型，可免去木模、铸造和咬花等工序，实现更快的产品交付、更有立体感的花纹呈现效果和更环保的制造方式。金属3D打印成为各大鞋模厂商关注的焦点，纷纷加入了解、测试，并积极应用推广，金属3D打印技术势必掀起鞋模行业的革命和创新。 金属3D打印在鞋模行业的主要应用 金属3D打印技术在细节体现和制造精度方面的表现尤其适合鞋模直接制造，同时，该工艺提供了巨大的设计和制造自由度。即使是小批量，也可以以最高质量、快速且经济高效地设计和生产最复杂的形状。通过这种方式，金属3D打印技术为许多工具和模具制造商克服挑战提供了新的解决方案。 打印胶底（局部件） 铝合金测试数位花纹+实物 以鞋模案例做数据检测，样品总量减重后4.5公斤（一双），采用汉邦科技HBD-350T设备打印39小时，综合打印成本已经降至约1500元/公斤（自用设备情况下），并可在5~7天完成整套模具交付，对比传统加工方式效率得以明显提升，可以实现更加复杂、带防伪纹路的鞋模，并且对于精密铸造和CNC现场管理、节约人工等具有优势。 3D打印的鞋模数据 鞋模3D打印总处理时间 采用金属3D打印制造完成的鞋模 金属3D打印鞋模应用仍有不足 金属3D打印技术在鞋模制造领域的应用已有多年，虽取得了很大突破，但仍需要继续改善： 1. 鞋模打印的速度问题。鞋模具有复杂精细的曲面、花纹，不能过高追求打印层厚； 2.鞋模打印材料对于传统的A3钢，硬度对比偏高，一旦出现后期纹路的破坏比较难通过传统常规的咬花处理； 3.分模线不顺、鞋模字体和花纹底部悬空打印会有挂渣、塌陷等，模口位置若悬空面积过大，打印中可能会翘曲变形而影响模具的后期使用； 4.鞋模打印出来后如何控制精度的问题，鞋模热处理后在线切割时由于应力释放，造成鞋模整体翘曲变形而导致鞋模精度误差大。 关于鞋模应用的技术难点，近年来，汉邦科技通过钻研和探索鞋模行业的应用，经过不断的打印测试、应用效果分析，于2019年下半年推出HBD-350/350T鞋模专机，有针对的解决鞋模行业的诉求。 汉邦科技HBD-350/350T金属3D打印装备，成型尺寸：325*325*400mm，激光功率：500W/500W*2 HBD-350/350T金属3D打印装备具备更主流成型尺寸，兼容单/双激光配置，高效稳定的铺粉供粉系统，封闭式全自动粉末循环系统，独立长效多级净化系统，满足高效率、高强度、高质量、持续性生产需求。 END 3D打印确实在某种程度上正在改变全球制鞋业。对于快速原型制作，所有主要鞋类品牌如耐克、阿迪达斯、新百伦等都使用3D打印技术，进行鞋类或中底直接3D打印仅仅是一部分，创建更准确、更快的模具，并更快地将“传统”的新产品推向市场仍然是鞋类品牌工作的重点。 作为国内领先的工业级金属3D打印设备制造商，汉邦科技于2007年进入金属3D打印领域，专注于金属3D打印装备的研发、生产、销售及应用技术。汉邦始终聚焦技术创新及行业发展，凭借丰富的市场积累、应用深耕，结合对新技术、新工艺的极致追求，不断在科研能力和产品质量的提升上精益求精。依托强大的研发及先进装备设计与制造能力，汉邦将继续以用户需求为核心，以技术工艺创新为驱动，用优质的产品与专业的服务为教育教研、模具、汽车、航空航天、医疗等各行业客户提供各种金属3D打印应用解决方案，发挥金属增材制造优势，助力传统工业制造的数字化、智能化升级。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.汉邦科技金属3D打印助推高效换热器制造升级 2.基于SLM的增减材混合制造新形式：激光熔融与超快激光切割相结合 3.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 4.罗罗通过3D打印设计和制造有史以来最大航空发动机的关键结构

日前，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300 MPa的出色加工硬化能力。研究团队以“In situ design of advanced titanium alloy with concentration modulations by additive manufacturing”为题，在国际顶尖期刊《Science》上发表重磅研究论文。 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3770 3D打印往往被看做是一种单纯的直接成型技术。然而很少有人会想到，3D打印过程中所蕴含的独特的物理过程在合金设计中同样可以发挥意想不到的优势。 在此，来自香港城市大学的张天隆博士在国际著名材料科学家刘锦川院士的指导下，创造性地提出了一种非常规的3D打印策略，即通过精心调控熔池中不同粉末的混合程度，设计出一种前所未见的微米级成分梯度结构，从而形成熔岩状组织并由此带来优异的力学性能。 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。 图1 微米尺度成分梯度结构和由此产生的熔岩状微观结构 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。通过精心选择的粉末种类，以及特殊的打印参数，在Ti-6Al-4V基础合金中，成功实现了以Fe元素为主的微米级成分梯度。 具体操作方法如下： •首先将Ti64和316L粉末在搅拌器中混合4小时。 •在氩气气氛下，采用EOS M290进行选择性激光熔化，并进行工艺分析。 •打印参数为：激光功率400W；扫描速度2500mm/s；扫描间距70μm；层厚40μm；基板温度35°C。S形扫描策略用于打印，在两个相邻层之间，扫描方向顺时针旋转90度。 •直接打印标距长度为32mm、宽度为6mm、总长为84mm的拉伸试样，用于拉伸试验和微观结构表征。 研究表明，打印完成状态的合金并不是两种原始合金的简单混合，也即合金中并不存在纯粹的Ti64合金或者316不锈钢区域。与此相反，在两种粉末的融化、混合过程中，所有合金元素都进行了有效的扩散和融合。不锈钢中的Fe、Cr、Ni、Mo等元素完全溶解在Ti64合金基体中，实现了原位合金化。更重要的是，经过特殊选择的打印参数可以有效控制Fe、Cr等元素的浓度梯度和空间分布。这是一种前所未有的成分梯度组织。 图2 Ti64-x316L的微观组织和力学性能：其中Ti64-(4.5%)316L合金具有良好的强度-均匀延伸率组合，抗拉强度高达1.3 GPa的同时具有9%的均匀变形能力 这种微米级成分梯度带来了三个有利影响。其一，合金元素浓度在空间上的调制带来了相稳定性以及微观组织在空间上的调制，从而形成了α’马氏体和亚稳定β母相在三维空间中的周期性分布，并形成了熔岩状的独特微观组织。其二，微米尺度上弥散且周期性分布的马氏体-亚稳态母相的特殊双相组织有效地提高了钛合金的力学性能。相比于传统增材制造钛合金而言，具有微米级成分梯度的钛合金一方面在拉伸过程中，亚稳定β相发生明显的应力诱发马氏体行为和相变诱导塑性，从而极大地改善了增材制造钛合金的均匀变形和加工硬化能力，均匀延伸率提高了一倍以上；另一方面，高度弥散分布的超细马氏体组织有效地维持了材料的高屈服强度（~1GPa），避免了传统TRIP钛合金低屈服强度情况的出现；其三，Fe、Cr等元素的添加对于增材制造钛合金的晶粒细化起到了明显的作用。这些合金化元素可以有效提升钛合金凝固过程中的成分过冷能力，阻止了常规粗大柱状晶的形成。因此打印态的TI64-(4.5%)316L合金的晶粒尺寸只有约16微米，是目前所有增材制造钛合金中所能实现的最小晶粒尺寸之一。 图3 Ti64-(4.5%)316L合金在拉伸过程中产生应力诱发马氏体，极大地提升了合金的加工硬化能力和均匀变性能力 图4 合金元素对材料成分过冷能力的影响：Ti64-(4.5%)316L合金的晶粒尺寸远远小于普通增材制造Ti64合金，有效防止了粗大柱状晶粒的产生 综上所述，研究者创造性地将成分调制的概念和3D打印结合起来，另辟蹊径地设计出具有微米级成分梯度结构的合金设计策略。本研究工作不仅将增材制造原位合金化中的成分不均匀性变废为宝，成功用来设计成分非均匀的高性能合金材料，更是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。 刘锦川院士：现任香港城市大学杰出教授，美国工程院院士，中国工程院外籍院士，美国橡树岭国家研究院资深院士，美国橡树岭国家实验室金属与陶瓷部合金行为与设计组前组长。刘锦川院士主要从事材料科学与工程和先进金属材料的研究工作，在金属间化合物、高熵合金、贵金属合金设计、大块金属玻璃材料、钛合金和增材制造等领域均做出了开创性的贡献, 是国际材料界具有重要影响的杰出科学家。先后荣获美国能源部（US-DOE）能源技术重大影响奖，美国能源部劳伦斯奖（美国总统奖），中国政府友谊奖以及中国国际科学技术合作奖等重大奖项。1995年被评为全球材料科学与冶金学术期刊被引用最多的前五位作者之一。2003年，被国际科学资讯（ISI）评为材料科学领域世界高引用科学家，并当选世界科技联席组织院士会员。近三十余年来，刘锦川院士一直致力于加强中美的学术交流与技术合作，特别是推进在高温结构材料、高熵合金、块状非晶及高性能钛合金设计与制造等尖端领域的科学研究，为中国科学家在相关课题与领域的研究迅速进入国际先进水平做出了突出贡献。 张天隆博士：现任职于香港高等研究院(HKIAS)。2015年获西安交通大学理学学士学位，2021年获香港城市大学哲学博士学位。师从国际著名材料科学家刘锦川院士和王云志教授。张天隆博士近年来从事先进钛基合金的成分和结构设计，并在材料计算模拟-实验表征等交叉学科领域具有广泛的研究兴趣。主要研究方向包括基于增材制造(3D打印)的先进高性能合金设计；金属材料微观组织演化和相变路径的实验表征-相场动力学研究；以及亚稳态合金的力学响应和相变行为等。已在Science, Acta Materialia和Scripta Materialia等国际权威学术期刊上发表研究论文15篇以上，并申请2项相关专利和软件著作权，同时先后担任多个国际期刊与杂志的审稿人。 注：本文内容来自材料科学与工程，3D打印技术参考进行补充，研究方法已上传QQ群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.金属顶刊《Acta Mater》：增材制造高强铝合金的疲劳与动态时效！ 2.基于桌面金属3D打印的Ti64钛合金材料和工艺被突破，细数其难点和应用 3.北航Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金 4.性能媲美锻造，西工大黄卫东教授团队开发3D打印高强、高韧铝合金