近日，ExOne获得美国国防部一份合同，以开发一个完全可操作的3D打印移动“工厂”。该工厂将被安置于约12米长的运输集装箱中，可通过陆、海、空直接部署在野外，支持战区、灾难救济或其他远程零件制造任务。 美国在全球80个国家/地区拥有1000多个军事设施，占全球基地总数的95％，将增材制造用于装备维护被美军格外重视。2012年，美军快速装备部队就率先交付了首个移动远征实验室；2013年，美军在阿富汗战区又实地部署了第2个移动远征实验室。除了基于激光的3D打印工艺，美军致力于引入更多的新型制造技术和维修工艺，而这次为什么是ExOne？ 脱脂烧结炉也将集成于移动方舱内部 该公司首席执行官介绍，由于速度、材料的灵活性和易用性，粘结剂喷射3D打印是军事用途的关键制造技术。ExOne的3D打印机支持20多种金属、陶瓷或复合材料零件生产，能够直接制造最终产品或工具。ExOne正在开发一种特殊的军用3D打印机，升级后的装备将具有独特的机身样式和其他功能，使其成为强大的军事级产品。 毫无疑问，从现在开始的几年里，ExOne的技术将在迅速满足关键需求方面发挥重要作用。 军用3D打印移动方舱的好处 使用3D打印工艺现场制造零件，军队可以将车辆或其他装备（如坦克等）的停止运行时间从数周、数月减少到几天或更少，同时还可以降低军事成本。 理想情况下，维修人员可在不到48小时的时间内使用3D打印制造损坏的零件，并在没有全套工具的情况下完成加工。这种方法将节省关键时间（传统机械加工通常需要4到6周时间），同时还可以减少浪费以及在危机地区进行昂贵库存的需求（好战之国，驻军之地必有备品库存）。 ExOne的粘结剂喷射3D打印具有更少的机加工后处理需求 这份价值160万美元的合同由美国国防后勤局（DLA）于2020年8月授予，该合同将专门致力于提高ExOne商用粘结剂3D打印机在各种工作条件下的耐用性，同时保持高品质的最终零件质量。此外，该项目的目标还包括通过软件和培训来简化对该技术在现场使用的能力要求，因此只需很少的技术知识就可以使用移动方舱。 在任务执行过程中，后勤人员不必再携带各类具体的零件备件，只需要携带相关的3D打印材料和零件的数字文件。如果一些较旧的零件缺乏数字文件，工作人员也可以在现场轻松地进行3D扫描或数字化设计，并根据需要进行3D打印。至于材料，在战时任务中，只需要一定强度的替代品，而无需寻求具体零件的原始制造材料。 ExOne和Rapidia推出适用于办公室的桌面型3DP打印机和烧结炉 为了加快移动方舱的开发，ExOne将与具有该项目特殊工程专业知识的多个伙伴合作。包括专门从事材料工程、复合材料制造和DoD武器系统的德国Dynovas公司，为航空、国防和太空市场提供复杂复合材料组件的智利Applied Composites公司，以及可为3D打印方舱设计和制造提供助力的AC-SD公司。 延伸阅读：我国航空部件机动式增材制造方舱交付XXX机务大队使用 2019年12月，由原西安空天能源动力智能制造研究院第二事业部（现西安空天机电智能制造有限公司）、空军工程大学、解放军5702工厂、北京易加三维科技有限公司、西安交通大学等单位研发的航空部件机动式增材制造方舱正式交付XXX机务大队使用。该增材制造方舱将粉末床增材制造技术、智能监控技术和移动方舱创新性结合，为国内首创。 由西空智造推出的3D打印移动方舱（来源：西空智造官网） 名称 单位 数值 最大零件 成型尺寸 mm 258×258×350 装备作业 就绪时间 min ≤15 装备转场 就绪时间 min ≤15 装备外场连续作业性 天 15天 方舱规格 m 6.06×2.44×2.54 底盘承载 t ≥7 上装空间 m ≥6 零件材料 适应性 不锈钢、模具钢、钛合金、镍基高温合金、钴铬合金、铜合金、铝合金等 底盘 军用底盘/民用底盘 主要技术参数（来源：西空智造官网） 产品特点 1. 外场作业环境适应性强，可夜间作业，也可在恶劣环境下工作； 2.道路行驶设备自适应性，车辆行驶稳定性好； 3.模块化设计，优化主副设备布置； 4.打印设备搭载增材过程监控系统，实时监测生产过程中关键过程数据； 5.方舱密封严密，保温效果好； 6.四级安全防护及预警机制，良好的人员作业安全性； 7.适合公路、铁路、海运、空运等多种进场方式； 8.超大工作空间和维修空间，作业和保养方便； 9.高海拔作业，适应战时保障作业的海拔高度条件。 该装备采用车载方舱和增材制造技术相结合，实现“从计算机模型到实物”的快速制造和再制造，对装备维修保障中的小批量零件快速制造和结构损伤快速修复具有极佳的适用性，实现“在哪里需要、在哪里保障、在哪里应急制造”。此外，该装备还搭载我国自主研发的激光增材过程监控系统，实现零件加工质量可控，并生成制造过程数据包以便回溯，提高外场生产制造零件的质量、效率、性能和可靠性。 已交付的3D打印移动方舱（图片来源：西安空天能源动力智能制造研究院有限公司） 据相关人员介绍，小批量（引进、停产）航空装备的备件应急保障是世界各国空军的共性难题。航空装备对应急制造的零件实效性、质量、精度和稳定性要求很高。此次交付的增材制造方舱，解决了制造过程实时智能监控、车体稳定性、平台紧固防震与可移动性匹配、恶劣环境下粉末床成形工艺优化、电磁环境兼容等大量关键技术难题。 未来增材制造方舱将坚持“技术创新为根，价值产品为本”的理念，以“自动化、智能化、信息化”创新技术为牵引，以更为积极的状态研制航空保障装备。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.从塑料到金属，3D打印走进我国三军装备保障体系的应用案例 2.金属3D打印在线监控——为什么一定要有完全自主可控的增材制造监控系统 3.装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 4.外军：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能

对于3D打印技术应用，软件、硬件、材料是3个最重要的基础环节。软件作为其中之一，其类型覆盖CAD建模、CAM数据预处理、CAE仿真、生产管理等多方面。如今，3D打印软件正在朝着两个方向发展：对于基础用户而言，桌面级软件功能正在越来越丰富、界面更加友好、操作性也更为方便快捷；对于工业级软件，除必备的数据处理、工艺规划功能外，正在将模拟仿真和生产管理等功能集成其中，这进一步推动了3D打印技术的落地应用。 一款软件的好坏，直接影响到基础用户的体验，更与企业用户的制造成本和生产效率相关联。一款好的数据处理软件需要具备哪些特点？稳定、速度快、功能强大正在成为趋势。本期，3D打印技术参考列举10款业内常用到的数据处理软件，相信总有一款你会用到。 工业级软件 1.Magics <收费，支持LCD、DLP、SLA、SLS、SLM工艺> Magics是比利时Materialise公司推出的产品，也是目前全球用户基础最多的3D打印预处理软件，具有完备的数据处理功能。除包含了基础软件拥有的所有功能之外，它还可以对模型进行晶格结构设计、纹理设计、打印工艺设计并能够生成报告，支持几乎所有的工业3D打印工艺并内置上百种3D打印机型号。 Magics经过近几年的更新，推出了一些更加强大的功能，如支撑转移，用户可以自动将支撑结构转移到相似的部件，在更改设计时无需重新创建支撑，从而加快了数据处理速度。作为软件平台，Magics支持多种插件，e-stage智能支撑和金属打印仿真模块的推出，对金属3D打印的高效生产、降低失败率提供了重要帮助。 2. Voxeldance Additive <免费版、收费版，支持LCD、DLP、SLA、SLS、SLM工艺> Voxeldance Additive是近两年出现的一款热门国产工业级3D打印数据处理软件，软件内核算法成熟，不亚于现在的国外主流数据处理软件，并已经和国内数十家主流厂商建立合作关系，用户增长迅速。Voxeldance Additive能够提供数据准备和增材制造（AM）设计所需的几乎所有功能，并提供广泛的工具种类，方便用户分析、准备和优化增材制造设计。 不仅支持SLA、LCD、DLP、SLS、SLM多种打印技术，并针对行业应用开发了特色独有功能。其针对齿科应用开发的一键杯口朝上摆放功能，大大提高了用户的生产效率并显著降低了成本；特色的自动修复功能能够完美修复thingi10k模型库中99%的STL模型；支撑模块中的支撑脚本与SMART支撑，更可以帮助用户提高打印成功率和打印效率。此外，软件内置的设备平台涵盖了国内外数十家主流厂商的机型，其简洁友好的界面，能让用户快速上手。 3. Netfabb <免费版、收费版，支持LCD、DLP、SLA、SLS、SLM工艺> Netfabb是软件巨头Autodesk推出的3D打印数据处理工具，在航空航天、重工业、汽车和医疗保健领域很受欢迎。Netfabb可根据零件载荷和约束生成针对刚度和重量的优化设计方案，并通过晶格优化和拓扑优化两种方式实现；可选Netfabb Simulation模块能够对打印过程进行仿真，识别构建失败的潜在原因，提高打印成功率。该专业软件旨在帮助公司以有效、经济且可靠的方式将增材制造用于工业生产。 然而，Netfabb并非仅可用于优化设计和仿真，模型修复、添加支撑、切片等仍是其基础功能。用户既可以选择自动模式来进行模型修复和支撑生成，也可采用手动模式；软件还可以分析模型的可打印性，并执行相关程序，只不过，某些功能可能需要另外付费。 4. 3DXpert <收费，支持3D Systems金属打印机> 3DXpert是由3D Systems开发的金属3D打印配套软件，作为单一集成的解决方案，涵盖整个金属增材制造流程及后处理加工过程。使用该软件，将不再需要整合不同的解决方案，用户可以在任何文件格式下操作，节省大量时间，并在过程的任何阶段对基于历史的参数化CAD模型进行更改，直至整个零件成品加工完成。 3DXpert除内置了必备的打印机、材料和扫描参数外，还允许用户开发自己的打印策略。软件可为不同区域分配最佳打印策略，并自动将其融合到一个扫描路径中，在保持零件完整性的同时最小化打印时间。与主流的3D打印工业数据处理软件一样，3DXpert也具有仿真功能，为用户克服了热变形挑战提供帮助。目前该软件与设备绑定销售，但其出色的功能已被业内广泛关注。 桌面级软件 1. Cura <免费，支持FDM/FFF工艺> Cura是一款由Ultimaker开发的免费开源3D打印切片软件，速度快、切片稳定，可跨平台支持多种操作系统。凭借上手度高、专业性强等优点，Cura成为打印切片软件中的佼佼者。 Cura的功能分为模型切片和打印机控制两大部分，操作界面简单明了，对每个参数都提供了详尽的提示，非常容易上手。虽由Ultimaker开发，但支持绝大多数桌面3D打印机。 2. PrusaSlicer <免费版和收费版，支持FDM/FFF、LCD、DLP工艺> PrusaSlicer是一款基于Slic3r二次开发的免费开源3D打印切片软件，曾被称为Slic3r Prusa Edition或Slic3r PE。此前Slic3r虽功能强大、用途广泛，但某些功能很难使用，基于其开发的PrusaSlicer则具有简洁的用户界面，分为了模型摆放区、打印设置区、材料设置区以及打印机设置区，清晰明了，操作效率大大提升。 同时，该软件支持FDM/FFF、LCD、DLP打印工艺数据处理，同时内置第三方打印机配置文件，软件可设置为中文，用户可快速上手。 3. Chitubox <免费版和收费版，支持SLA、LCD、DLP工艺> ChiTuBox是一款国产软件，其功能强大，简单易用，能够帮助用户更轻松便捷的进行光固化数据处理操作。除必备的旋转、缩放、镜像、修复、镂空、克隆等功能外，ChiTuBox能够进行多文件快速处理、智能自动排列、自动/手动添加支撑以及一键式快速切片。 作为最受欢迎的第三方光固化3D打印机数据处理软件，ChiTuBox大量的控制和内置功能可以加速切片工作流程，同时保持高质量的文件输出。ChiTuBox为20多种树脂打印机提供官方支持，目前免费版本将会一直更新，收费版本的功能和布局会更丰富，行业性功能将更细致和更专业，同时支撑算法将更智能。 4. Lychee Slicer <免费版和收费版，支持SLA工艺> Lychee Slicer是一款在国外具有良好用户基础的3D打印数据处理软件，支持SLA、LCD、DLP工艺，适用于牙科、首饰、产品设计等应用场景。软件的用户界面类似PrusaSlicer，除必备的模型处理功能外，Lychee Slicer可以通过一键式按钮自动优化一个或多个模型的位置、支撑结构和方向，同时能能够自动识别模型中可能需要添加额外支撑的位置。 Lychee Slicer目前有免费和收费两种版本，支持75种不同的3D打印机，支持打印机自定义和树脂材料配置文件，如指定构建平台的尺寸、树脂的固化时间、层厚度、扫描速度以及材料价格等。免费版具有软件的核心功能，但在使用过程中会接收到相关广告，付费版每月须支付2.49欧元。 5. Simplify3D <收费，支持FDM工艺> Simplify3D是用于桌面级3D打印的集成软件解决方案，功能强大，在国内也颇受欢迎。其售价150美元，被认为是市场上唯一的高级切片软件，具有专门为实现最佳质量3D打印而设计的功能，因此也常拿来与Cura对比。 Simplify3D的切片速度极快，在Cura中切片需要几分钟的模型，使用它仅需要几秒钟。而且Simplify3D的参数控制窗口采用选项卡模式，比Cura的侧窗模式具有更好的用户体验。软件所特有的模拟功能，可以使用户在打印之前看到所有的设定信息，如打印速度、顺序等，以便发现在打印过程中的问题。针对多喷头打印可同时支持6种以上材料打印，这为诸如颜色混合或定制材料属性的应用提供了更大的自由度。 6. Formware 3D <收费，支持LCD、DLP类型打印机> Formware 3D具有非常友好的用户界面，主菜单栏提供了通常的移动、缩放、镜像、查看选项，有关模型的信息显示在右侧面板中，符合用户的使用习惯，支持LCD、DLP工艺。 Formware 3D具有强大的高级支撑生成和编辑功能。用户可以控制每个支撑的临界角度、类型、密度和尺寸，以及是否需要内部支撑。支撑生成后，只需单击并拖动或删除即可轻松移动或删除支撑的任何部分。每个支撑都有几个可以移动的节点，因此可以完全控制每个支撑的位置。此外，在自动模式下，用户可以通过单击每个支撑点来添加或删除模型上的支撑位置。 END 从3D打印的原理来看，影响3D打印的成形精度和效率的关键因素定离不开对三维模型的数据处理。小到模型修复、支撑添加，大到打印工艺设置、生产管理，数据处理软件的发展也在一定程度上制约着3D打印技术的发展进步。本文所列举的十款处理软件，无论简单易用还是繁复复杂，都可以在相应的领域满足不同级别用户的生产需求。十款软件，你在用哪一款？ 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 2.美借助3D打印实现十年前的先进仿生结构制造…

导读：有一家中国工业级高温3D打印设备制造商近年来获得了飞速发展，拥有包括剑桥大学、汉诺威大学、Fraunhofer、NASA、中科院等国际顶尖科研机构客户，颇受市场青睐。其近期推出的最新型大尺寸高温3D打印机再次获得某知名科研机构的订单，这家公司就是INTAMSYS（远铸智能）。 当前，随着FFF/FDM打印技术在各行业应用的不断深入，其在轻量化设计、低成本、快速交付等方面的显著优势，让3D打印技术在终端部件生产、工装夹具等方面的应用范围越来越广。与此同时，工业级别生产对材料性能、可打印尺寸、打印效率也提出了越来越高的要求。 据《Wohlers Report 2020》的调查数据，2017-2020年，以PEI、PEEK、PEKK、PPSU等为代表的高性能聚合物材料的用量增长明显。而目前高性能材料主流的3D打印工艺只有借助工业级FFF/FDM打印设备才可以实现。这也意味着，以高性能聚合物为应用材料的工业FFF/FDM技术正在经历高速的发展。 INTAMSYS FUNMAT PRO 610 HT 产品图 一次性打印“全尺寸”零件成为可能 传统FFF/FDM 3D打印设备的成型尺寸普遍在400x400x400mm以下，INTAMSYS除了常规成型尺寸的打印设备之外，已有大尺寸工业级FFF/FDM打印设备推向市场。FUNMAT PRO 610 HT 成型尺寸高达610*508*508mm，能够满足打印大尺寸零件或多个相对较小尺寸零件的生产需求。 图：FUNMAT PRO 610 HT 打印的ULTEM样件 要实现高效率的大尺寸打印，在驱动和传动系统上，需要着重解决电机转速、定位精度等关键挑战。FUNMAT PRO 610 HT 在XYZ三向运动机构上均采用伺服控制系统，具有机电时间常数小、线性度高等特性，可使控制速度、位置精度非常准确；传动系统采用高精度丝杠导轨结构，具有传动效率高、轴向刚度高、精度高等特点。更精确的定位控制使大尺寸一次成型更加细腻，充分满足工业级别对于生产制造的高精度要求。 仅凭高温组件，不足以支持大尺寸打印 FUNMAT PRO 610 HT配备高达500°C的全金属双喷头，可打印FFF市场上几乎所有高性能材料。但仅凭高温组件不足以支撑大尺寸打印，另一个关键挑战是大尺寸部件在打印过程中的变形翘曲开裂现象。基于INTAMSYS FUNMAT HT平台成熟的运行经验，FUNMAT PRO 610 HT增强了腔室热设计，300℃恒温腔室可以满足打印件温度的均匀性，从而能够很好的解决变形翘曲开裂问题。同时，高温恒温腔室也实现了打印与后处理的一体化，打印件可以更好的成型，并具备较高的机械强度和较低的内应力。 为了确保模型打印的成功率和优化设备维护时间，FUNMAT PRO 610 HT的液冷系统可显著解决丝材打印堵头问题，延长打印机的寿命和提高大尺寸打印件的质量。 高性能材料广泛应用于高端需求行业 INTAMSYS一直致力于工业级3D打印技术在垂直行业中的应用推广，并不断结合特定应用持续优化3D打印设备和材料。在应用方面，工业级FFF/FDM技术可以为汽车制造、航空航天、军工、石油燃气、医疗等行业的小批量生产提供多材料一体化的3D打印解决方案。 以航空航天行业为例：近年航空航天行业发展迅速，更轻更强已经成了业内发展的目标。因此，PEEK、ULTEM等具有较高强度重量比且耐损耗的高性能材料被广泛应用。作为航天器部件，优异的机械强度和阻燃性必不可少。在这些严苛的需求中，ULTEM 9085脱颖而出，这种材料具备与金属相近的机械强度和远低于金属的密度，同时，它的阻燃性和无烟无毒性也满足了航空航天产业的要求。 图：FUNMAT PRO 610 HT 打印的尼龙碳纤材料样件 FUNMAT PRO 610 HT兼容市面上主流高性能3D打印材料，是打印大尺寸PEEK、PEKK、ULTEM、PPSU等高性能材料的理想选择。工业级智能双喷头设计可处理多种复杂结构，可升降双喷头能够避免打印过程中对打印件的刮擦。FUNMAT PRO 610 HT的打印喷嘴还具备自动清洁、堵头智能检测、喷头智能校准的设计。专用合金喷嘴具有硬度高、耐磨性好，可打印纤维增强材料，使用寿命远高于常规喷嘴；模块化结构便于更换或维护。 扫描下方二维码，可获得FUNMAT PRO 610 HT和更多INTAMSYS的产品信息 END 作为全球领先的工业FFF/FDM 3D打印设备供应商，INTAMSYS一直致力于以创新增材制造解决方案，推动行业技术发展，拓展3D打印的应用领域。从功能测试到最终产品，从个性化定制到规模化制造，我们不断通过技术创新为行业带来新的价值，拓宽行业的边界。 凭借出色的热设计、大尺寸打印的能力、开放的材料系统及其有竞争力的价格优势，INTAMSYS工业级高温3D打印机受到了欧美市场各大科研机构的青睐，并已陆续出货。 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打印的高温树脂能耐多高温度？还能用于发动机点火 2.利用高性能复合材料和金属3D打印解决更多制造挑战 3.由Markforged Metal X了解金属桌面3D打印机的应用特点 4.3D打印技术飞上太空，PEEK助力立方星研发

所有陶瓷零件，无论是传统加工还是3D打印的，都具有微小的缺陷。当应力施加到该区域时，缺陷会变成不受控制的裂纹，从而导致整个零件发生灾难性破坏。将增强材料添加到陶瓷基体中是创建耐缺陷零件的常用方法。 当前主流的陶瓷3D打印工艺无论是熔融沉积、光固化还是粘结剂喷射成型，都需要首先将打印生坯中的聚合物去除（脱脂），然后烧结陶瓷颗粒。而近来，聚合物硅氧烷基树脂的发展使陶瓷3D打印带来了新的发展契机，基于该树脂基体打印的陶瓷生坯，可在高温（700至1100℃）热解循环后直接转化为致密零件，省去了漫长的脱脂和烧结步骤。而研究者所需要考虑的关键因素在于，陶瓷的低固有韧性会在其加工过程中引入缺陷（如气孔、未熔合、层间结合和表面粗糙度），这些缺陷可能会在结构上损害最终的陶瓷组件。 3D打印的陶瓷发动机零件进入窑炉 HRL实验室3D打印的陶瓷复杂形状同时具备极高性能 美国休斯实验室（HRL Labs）在2016年就用3D打印工艺开发了可承受超过1700°C高温、强度是类似材料十倍的新型陶瓷，相关研究被发表于《Science》杂志。自此之后，HRL的团队一直致力于这项技术研究，并于近日在美国陶瓷学会杂志《Journal of the American ceramic society》以封面文章的形式发表最新研究成果，其在自由成形高韧性陶瓷方面获得了材料和工艺上的突破，能够解决陶瓷制造过程中缺陷的产生。 一种新配方，使3D打印可成型的陶瓷厚度和韧性分别提升3倍 HRL研究的挑战在于将增韧解决方案与3D打印过程结合在一起。为了解决陶瓷材料的固有脆性，HRL实验室的团队开发了一种新型的纤维增强陶瓷基复合材料。通过将光引发剂和碳氧化硅（SiOC）材料的混合物引入硅氧烷基树脂，配制了新的陶瓷前驱体。经过热解极端加热过程，3D打印的陶瓷增强前驱体材料可直接转化为碳硅氧化物（SiOC）陶瓷。 研究人员利用Prodways ProMaker L5000工业打印机制造了一系列1.25×2.5×15mm的样品，来进行评估和优化配方。经过大量的表征测试，该团队发现陶瓷颗粒具有非常好的分散性，但打印部件的拉伸强度却不同寻常。 Prodways ProMaker L5000基于DLP工艺 研究发现，较厚的样品比较薄的样品更容易开裂，聚合物在热解过程中会伴有挥发性物质释放，而挥发物必须通过基体扩散才能从自由表面逸出。因此温度分布、样品几何形状和基体扩散系数是防止基体内孔隙形成的重要因素。HRL团队随后确定了可以达到增强水平的“最佳点”。添加过多的增强元素将超过其“填充极限”，零件强度会降低；而添加量不足，则可能使陶瓷开裂。 与此同时，研究团队指出增强体的加入有两个主要作用：随着颗粒浓度的增加，可成型的陶瓷最大壁厚增加了3倍，而且打印的陶瓷韧性也提高了3倍以上，弯曲强度在225-325MPa之间。由于具有与传统加工陶瓷相当的韧性、强度和强度变化性，因此所提出的增材制造方法可自由制造高性能陶瓷定制组件。 通过持续测试，HRL找到了最佳配方 陶瓷3D打印工艺创新 除了那些被大家熟知的陶瓷3D打印工艺之外，一些新的成型方法也在不断涌现。 2020年9月，弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所宣布其科研团队开发了一种多材料喷射系统（MMJ），可同时打印金属、陶瓷等多种材料，创建具有组合属性或功能的产品。 荷兰3D打印机制造商Admatec也推出了一种模块化的新型DLP陶瓷3D打印机，该系统的设计满足了熔模铸造行业中生产大型氧化铝零件和二氧化硅核壳结构的需求。 Admatec金属陶瓷一体打印机 2019年，Exone推出X1 160PRO，凭借800x500x400mm的成型尺寸，它成为迄今为止最大的金属粘结剂喷射成型3D打印机。然而值得关注的是，该打印机具有开放式的材料系统，还能够成型多种陶瓷和陶瓷金属复合材料。 在其他工艺方面，基于纳米陶瓷颗粒直接喷射成型的Xjet似乎一直没有迎来竞争对手。通过将分散有纳米陶瓷颗粒的液体喷射在构建平台上，高温使其蒸发，仅留下陶瓷材料薄层，该技术能够生产出具有最佳细节和最高质量的陶瓷增材制造零件。 XJET陶瓷3D打印零件 与金属和聚合物相比，许多陶瓷的极高熔点对增材制造提出了挑战。由于陶瓷不易铸造或机加工，因此3D打印可实现几何灵活性的巨大飞跃。HRL所开发的陶瓷前树脂体系可以使用目前商业化的立体光刻3D打印机进行成型，且零件在热解过程中具有均匀收缩率，最终陶瓷零件内部几乎没有孔隙。这为创建具有复杂形状的高性能陶瓷部件创造了可能。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域应用陶瓷3D打印面临的挑战 2.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业 3.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（陶瓷金属篇） 4.陶瓷3D打印技术汇总

Ti2AlNb，具有高的比强度、抗氧化性、无磁性以及优异的高温力学性能，是最具潜力的航空航天发动机用材料之一，对于降低飞行器自重、提高燃油效率和高温服役性能具有重要意义，适合用于制造热端部件的新型轻质高温结构。其应用领域主要包括：航空发动机、卫星发动机等，代表性的零件包括发动机机匣、发动机叶片、隔热套、涡轮盘等。BLT-Ti2AlNb: 更轻！更强！Ti2AlNb虽具有较高的强度，但其延伸率较低，室温下其脆性很大，无法加工成具有精细结构的复杂零件，极大的限制了其广泛应用。金属3D打印技术克服了传统加工方式的困境，在一体成形实现复杂精细结构的同时可达到相关性能要求。例如，SLM成形Ti2AlNb材料与航空航天常用的SLM成形GH3536高温合金材料相比，在900℃下二者强度相当，但Ti2AlNb材料的密度仅为其64.5%铂力特开发BLT-Ti2AlNb粉末产品可以实现耐高温特性，同时面向增材制造的设计可以实现复杂精细结构、优化设计结构。

继2018年采用3D打印制造了轰动一时的钛合金卡钳后，布加迪在3D打印技术应用方面又有新动作。近日，布加迪发布消息称，其新开发的3D打印中空推杆（底盘区域的压力加载连接杆）重量仅为100克，却可传递高达3.5吨的力，使3D打印在结构设计、轻量化应用方面更推进一步。该项目由布加迪博士生Henrik Hoppe领导，他自2017年以来一直在开发创新的金属材料和制造工艺。其硕士论文就是关于钛合金制动卡钳，3D打印将已经高度优化的生产部件进一步减轻了43%的重量，同时保持了其良好的机械和制动性能。在其博士论文的研究中，Henrik Hoppe更进一步的研究了汽车制造用功能性3D打印金属部件的商业和技术潜力，并通过针对特定零件的应用来予以证明。在此前，这些类型的部件主要用于航空航天领域。 布加迪最新型Bolide跑车 3D打印复杂的类骨骼结构 结构优化在汽车制造领域非常普遍，但采用3D打印则可以打破传统的设计局限，实现更为复杂的三维结构。布加迪运用仿生学原理，使3D打印的部件具有骨骼般的结构：薄壁、中空内部和精致细节。这种组合使部件既轻便又具有极高的刚性。 中空、内部填充网格的结构（示意） 在新型跑车的设计过程中，研究团队继续减轻汽车重量，同时在每一个可以想象的领域增强创新。项目负责人Henrik Hoppe解释，从构思到生产，再到安装，工程师需要设计、规划各个步骤并进行所有计算，同时还包括评估生产组件的商业可行性。尽管布加迪在材料、制造工艺和零部件方面要求最高的质量标准，但必须在商业上可行。简单的说，无论设计如何创新，都不能显著增加成本。 在布加迪最新型Bolide跑车中，这种薄壁、中空的骨骼结构被大量使用。 3D打印的连接杆，实现“2两”拨千斤 在布加迪Bolide跑车中，3D打印的连接杆尤为突出。尽管尺寸狭长，但其内部采用支撑拱形结构，仅重100克。受力加载的钛合金连接杆位于底盘区域，根据操纵情况，连接杆可传递的力高达3.5吨，可谓2两拨千斤并不夸张。 3D打印的连接杆 该连接杆也是布加迪有史以来第一个在长度范围采用变壁厚的实例。根据3D打印技术参考找到的视频介绍，零件两端壁厚小并向中心增加，总体在0.4-1mm之间，这意味着该部件同时针对局部应力和重量进行了优化。布加迪甚至已经为该结构申请了专利。 280mm长、0.5mm厚、不到750g的排气尾管外壳 排气尾管是由3D打印的钛合金外壳和陶瓷制成的混合组件，已经重量优化的钛合金排气尾管已被系列生产。这种部件的长度超过280mm，壁厚一致只有0.5mm，重量不到750克。陶瓷材料的导热系数远低于钛合金，将其内置于钛合金外壳中，可以保证在高温废气下不会损伤外壳。混合组件与此前批量生产的组件相比，其重量减轻了约50％ 3D打印的钛合金外壳和陶瓷制成的排气尾管 此前布用于加迪凯龙的3D打印排气尾管外壳 以325g的身躯，抵挡1.8吨的力 Bolide跑车的前机翼安装支架也采用了3D打印的钛合金，同样具有空心的内部空间，壁厚为0.7mm，仅重600g，可承受800公斤的空气动力。 后机翼的下压力在时速320公里时可达到1.8吨，通过中央碳纤维翅片传导压力，机翼与翅片之间则通过3D打印的钛合金零件连接，其重量也仅有325g。此外，工程师还使用钛合金打印了转向柱的安装支架，一个部件集成了仪表板支架、转向柱支撑环以及车内的两个通风口。所有构件均设计为轻质空心结构，平均壁厚0.5mm。 转向柱支架 在其他方面，3D打印的钛合金还被布加迪用于制造前轴运动部件以及控制摇杆支架，后者壁厚仅0.4mm，重量为95g。使用布加迪内部开发的特殊热处理工艺，所有3D打印的钛合金零件强度达到1250Mpa，高断裂应变至少为19%。 END 尽管布加迪在Bolide跑车上应用了大量的钛合金3D打印零件，然而唯有连接杆的开发让他们尤其认为成就巨大。然而笔者并未查询到关于该部件的专利信息，只能猜测其内部结构可能较为复杂。通过本文也可知道，采用3D打印减轻车辆重量，很多部件不仅可以优化形状，还可做成中空或内置点阵结构，潜力巨大。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.详述：主流汽车制造商正在如何使用增材制造技术 2.宝马故事：还在专注锻造？不，它早已将3D打印规模化应用在日常生产中 3.嘀！你有一条来自宝马增材制造中心的视频邀请 4.布加迪极限测试3D打印制动卡钳 为批量生产铺路

不同3D打印工艺有其对应的应用场景，不能说那种技术一定更好，但用户需要认识清楚不同工艺之间的差别。SLM技术适用于高精度、高表面质量的应用，零件几乎完全致密化，强度也很高，但制造效率低、成本高；基于粘结剂喷射的金属3D打印工艺适合于批量制造场景，但零件内部相比SLM技术存在较多孔隙，零件性能也普遍认为不如前者。在此背景下，来自南洋理工大学的研究人员，比较了这两种工艺制造的零件疲劳性能的影响，并从微观结构角度进行了分析，发现尽管与粘结剂喷射技术打印的零件相比，SLM制造零件的孔隙率水平更低，但其高周疲劳性能却远低于后者，而粘结剂喷射技术打印零件的疲劳强度与与传统制造的致密零件相当。 粘结剂喷射技术的成型试样，采用HP Metal Jet打印机制造，粘结剂为水性溶液，零件尺寸为70*10*10mm。打印完成后零件被加热使粘结剂中的水分挥发形成具有一定强度的生坯，粘结剂在高温烧结阶段会发生分解，金属粉末在1380℃和氢气的保护下烧结两个小时完成冶金结合。该工艺的成型试样包括垂直和水平两种。 SLM技术的成型试样采用Concept Laser打印机制造，零件为总长度为64 mm、直径为9 mm的圆柱。打印参数为：激光功率90 W，扫描速度1000 mm/s，间距150 µm，层厚30 µm，连续层之间旋转90°扫描。打印完成后，样品在500°C去应力退火一小时。 传统制造的试样取自商用热轧板，钢板在1050℃退火并空冷，性能满足ASTM A240 / A240M–17标准，适合制造压力容器。 测试结果发现，HP Metal Jet技术打印试样的硬化行为、延展性、疲劳强度与传统制造的合金相当，试样中较高的孔隙率虽然未对高周疲劳性能造成影响，但会导致屈服强度降低。因此，如果能够大幅降低孔隙率，可以使Metal Jet技术与传统方法制造的零件具有同等性能。 SLM、Metal Jet和传统制造试样的拉伸和疲劳性能 SLM、Metal Jet和传统制造试样的典型拉伸应力-应变曲线、疲劳性能及加工硬化行为 SLM工艺比Metal Jet工艺打印的试样内部孔隙要少的多，具有较高的屈服强度，但其延展性较差，疲劳强度也远不如另两种试样。 Metal Jet和SLM技术打印的零件组织 两种不同3D打印工艺条件下零件的不同微观结构可以解释这些结果：粘结剂喷射技术成型的零件在塑性变形的早期阶段普遍存在平面滑移，以及与其他微结构因素的结合，导致在准静态和循环载荷下阻止了在孔角处成核的小裂纹，因此延展性和疲劳强度都不会受到材料中孔隙率的不利影响。在SLM工艺试样中，柱状晶粒内的精细凝固单元结构使它们具有较高的屈服强度，而由于柱状晶粒太细、取向差不够大，无法阻碍裂纹扩展，导致SLM零件的疲劳抵抗力较低。 Metal Jet试样断口，300MPa，循环数98368；b：SLM试样断口，152MPa，循环数2.5E5；c：高倍放大图像显示裂纹从Metal Jet试样的表面萌生；d：裂纹从SLM试样表面附近的孔萌生 对于SLM试样来说，应尽量减少未熔合气孔的发生，从而降低总孔隙度，进而提高疲劳强度。最后研究人员指出，该研究所使用的SLM工艺并未得到优化；采用HP Metal Jet工艺打印的试样，也是基于该公司早期开发的工艺。而实际上随着HP技术的商业化，现有的工艺可能能够实现更好的性能；而对于SLM技术，工艺自然也会对性能造成显著影响。 最后，关于两种技术机械性能更为全面的分析对比，请点击《基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析》查看。 本期上传：研究原文及HP Metal Jet技术目录。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.基于烧结和熔化工艺的金属3D打印成本结构对比 2.金属粘结剂喷射技术：在进行批量生产时须考虑整个工艺链 3.具备粘结剂喷射技术成型潜力的金属和非金属材料超过40种 4.金属打印批量化竞争：SLM无支撑系统PK HP与Desktop Metal

由于金属3D打印具有复杂的物理冶金过程，现行的技术手段很难确保加工工艺的可重复性和质量一致性，这一点极大限制了激光增材制造的广泛应用，尤其是航空航天领域的高附加值零部件的批量生产。 质量保证和过程监控一直以来都是金属3D打印技术的热门研究，有效、可靠的质量保证手段是增材制造用户最重要的需求。 目前行业领先的增材制造设备商均采用过程监控技术解决这一问题， 如EOS的EOSTATE模块，SLM solutions的QAS模块，Renishaw的InfiniAM模块，以及Concept Laser的QMmeltpool模块等。质量监控过程会生成海量的数据，然而目前已经有技术可以将1T的数据压缩成几十KB，这样发送起来非常容易。对于保障航空航天等高安全需要的制造任务，国内一定要有完全自主可控的增材制造监控系统。 金属3D打印在线监控系统的特征和功能 目前，国内设备商对打印过程的监控实际上还多停留在设备状态的监控上，对材料成型过程的数据采集也不充分，反馈机制上更不如人意，面对大量的数据也缺乏分析能力。在如此艰难条件下，西安空天机电智能制造有限公司（以下简称“西空智造”）秉承“成型过程看的见、质量缺陷测的出、工艺过程控的住”的理念与目标，研制过程监控产品“激光增材过程监控系统（AM&IM-PMS）”，目前已经推向市场。 粉末床监控模块 粉床监控模块主要用于实时监视、分析、评估和控制激光选区熔化设备的铺粉质量。自动抓取激光扫描和铺粉结束时刻的图像，智能识别各类铺粉缺陷，诊断铺粉异常（包括传动故障、送粉量不足、刮刀损伤、过烧等）；采取相应的闭环控制措施（重铺粉、重扫描、停机报警等），确保打印过程中的铺粉均匀性和稳定性，提高零件成型质量。 粉末床监控模块 粉末床在线监控软件是一款金属3D打印过程质量监控软件。它通过实时监控分析打印过程中每层粉末床铺粉情况，及时反馈粉末床上存在的缺陷问题，提醒操作人员调整打印参数避免错误积累，提高打印件的成品率，减少工作人员的观察工作量。实现打印过程可监控，缺陷分析智能化。软件特点： ▪ 实时监控记录过程关键点状态 ▪ 粉床缺陷智能检测，缺陷标记提醒 ▪ 过程历史数据便捷查看，全过程数据可追溯 粉末床在线监控软件技术指标： 数据存储 工程存储 历史回放 可逐层查看 数据导出 可逐层导出 显示效果 缺陷三维重构 特征识别 刮刀跳动振纹、刮刀拖拽、不完全铺粉、零件露出、过烧黑斑缺陷 分辨率 100um 数据处理 当层同步 缺陷漏检率 <5% 层结果显示 特征标注显示 熔池监测模块 熔池监控模块主要用于实时监视、分析和评估SLM设备熔池信息。高速采集打印过程中熔池等离子体辐射和熔池形貌数据，结合激光扫描路径形成二维热图；通过熔池特征分析、提取，实现模型和缺陷三维重构，是工艺开发、质量追溯、缺陷分析的重要资源。 功能： ▪记录熔池的辐射强度和熔池形貌 ▪记录熔池打印过程 ▪捕捉熔池的异常数据 ▪加工过程热量可视化 熔池监控模块一方面可以实时监测熔池是否失稳，另一方面可作为工艺策略优化的定量化指针以及熔池熔化凝固的热力学/动力学分析工具。此外，在线监控也是打印过程闭环控制以及智能化的基础。 技术指标： 采集速率 最大100K（熔池辐射强度）、3KHz（熔池几何） 采集信息 熔池辐射、激光开关、层功率变化、加工X/Y位置 数据查看 逐层查看 数据导出 逐层导出（包含原始数据和二维云图） 在线监测 实时显示采集信号，层分析结果，打印状态等 参数设置 设置采集配置参数及算法分析参数 任务列表 显示各任务状态 操作日志 显示用户操作日志 离线分析 精细化分析历史数据，可供数据及结果的导入导出 熔池形貌 显示实时熔池形貌及分析结果 特点： ▪快速记录数据 ▪还原打印过程 ▪方便数据分析、异常分析及异常处理 应用： ▪逐点记录加工数据 ▪优化工艺的数据参照 ▪工艺缺陷识别 ▪多激光工艺状态对比监测 ▪零件3D质量报告…

国家增材制造创新中心、西安交通大学卢秉恒院士团队利用电弧熔丝增减材一体化制造技术，制造完成了世界上首件10m级高强铝合金重型运载火箭连接环样件，在整体制造的工艺稳定性、精度控制及变形与应力调控等方面均实现重大技术突破。 10m级高强铝合金重型运载火箭连接环实现一体化制造 10米级超大型铝合金环件是连接重型运载火箭贮箱的筒段、前后底与火箭的箱间段之间的关键结构件。该样件重约1t，创新采用多丝协同工艺装备，制造工艺大为简化、成本大幅降低，制造周期缩短至1个月。目前，采用增减材一体化制造技术成功完成超大型环件属国际首例。 大型铝合金构件的直接制造有着重要需求 随着航空航天技术的不断发展，对飞行器的性能提出了越来越高的要求。采用高性能铝合金结构件尤其是大型整体铝合金主承力结构件仍然是减轻飞行器结构重量，提高运载能力和飞行速度的重要技术途径之一。因此高性能铝合金的材料制备和零件制造新工艺、新方法始终是研究的热点。 一些民用干线飞机用材结构比例（%） 近年来，美国、欧洲的航空设计部门发现，采用大型整体式铝合金构件替代传统的组合式铝合金构件，可减重15-20%，并且构件寿命及可靠性明显增加。明显可以感觉到，大型客机、战略运输机、战斗机的机翼主翼梁、翼身对接肋、机身承受力框等对铝合金的高性能化、构件大型化的要求越来越突出，总的来说，在航空航天领域，铝合金材料重新受到重视。 随着我国航空航天事业不断发展，对运载火箭、空间站等大型化、整体化制造提出了更高需求。为抢占世界增材制造科技战略高点，满足我国航天事业发展需要，卢秉恒院士团队潜心研发，克服了多路打印的运动控制、大尺寸结构件打印的变形与应力调控等难题，成功实现了大型航天铝合金回转体构件整体增减材制造成形、组织性能精确调控等关键技术突破，为我国航天型号工程的快速研制提供了技术支撑，亦让我国深空探测装备硬件能力得到大幅提升（延伸阅读可查看国家增材院的相关课程）。 卢院士等人与10m级高强铝合金重型运载火箭连接环 据笔者了解， 2020年第四届中国（西安）国际3D打印博览会暨高端论坛期间，一款名为「大型金属制件增锻减装备」被发布，该设备是齐重数控为西安增材制造国家研究院有限公司开发的大型筒体电弧增材制造装备（国家重点研发计划项目）。3D打印技术参考猜测，本次成功一体化制造的10m级高强铝合金重型运载火箭连接环很可能就是采用该设备制造。 采用激光能量沉积直接制造铝合金构件的瓶颈 当前以SLM技术为主的铝合金3D打印工艺自然无法满足大型构件的制造需求，而激光能量沉积技术为什么没能用于大型整体高性能铝合金关键金属零件的直接制造呢？究其原因，主要有以下几点关键技术难题未能有效解决： （1）与钢和钛合金相比，铝合金的导热率更高，而铝本身的激光吸收率低、反射激光率高，在铝合金激光直接沉积过程中，会有更多的能量通过基体的热传导损失掉，降低铝合金零件成形效率； 激光沉积用于修复 （2）钢的热膨胀系数是铝合金的一半，铝合金激光直接沉积过程中的变形和应力都较大，需要采取零件变形开裂预防措施； （3）铝合金在激光直接沉积过程中极易与氧发生反应生成熔点高（2050℃）、相组织稳定、密度相对较高、难以去除的Al2O3。Al2O3氧化层会在后续沉积过程中形成夹渣、未熔合等缺陷； （4）铝合金密度低，激光沉积过程中易受到激光轰击产生粉尘飞溅，一方面使制品产生缺陷，另一方面造成成形腔室粉尘飞扬，影响打印环境； 激光沉积用于修复 （5）铝合金在熔融的状态下，氢在铝合金中的溶解量会大幅度增加，同时由于良好的导热性，在熔池快速凝固的情况下，氢难以逸出，滞留在熔池中形成气孔； （6）铝合金在激光直接沉积过程中可能造成低沸点合金元素（如Zn、Si等元素）烧损，造成合金成分的变化，影响零件的组织和性能。 无须高能热源、不需气体保护，一种高速成型的铝合金3D打印技术 3D打印技术参考曾介绍过一种被称为搅拌摩擦增材制造的新技术，它完全不基于高能热源，也不需要保护气氛，还能以10倍于熔融成型3D打印的速度制造大型整体构件。美国公司Meld Manufacturing公司采用该技术打印出了直径3.05米的铝合金零件。 3D打印的直径3.05米的零件 搅拌摩擦增材制造的基础是搅拌摩擦焊技术，它利用搅拌针与连接件的搅拌摩擦产生热量软化连接处的材料，再通过轴向的压力使得材料连接在一起。这样的焊接方式没有经过金属的熔化与凝固，只是经过塑性软化和轴向的挤压，连接处在材料性能上存在一定的优势。对于大型铝合金增材制造具有相当的优势。 Meld Manufacturing搅拌摩擦增材制造过程 铝合金棒材在进料过程中通过与搅拌针摩擦生热，发生塑性软化，然后再通过两者的挤压，实现增材过程。在这样的过程中，材料并未经历熔化与凝固而一直保持固态，且过程中的挤压又起到“锻造”作用，最终得到的是性能良好的细晶组织。细晶组织具有良好的机械性能和疲劳性能，且能改善材料的延展性，这也是材料提高强度等性能的原因。 Meld Manufacturing采用搅拌摩擦增材制造的部件 此外，由于成形过程中不存在金属的熔化/凝固过程，材料在成形过程中不会产生与熔化相关的热裂纹、气孔等冶金缺陷。而正是由于成形温度低且成形发生在材料内部也不会受外界影响造成材料氧化等问题，生产过程可以在露天环境中进行，所制造的部件的尺寸显著增加。 END 通过本文我们可以知道，大型铝合金构件虽采用主流的激光沉积制造存在问题，但新型的搅拌摩擦增材制造以及电弧增材制造却均取得了极大成功。 而国家增材制造中心自2016年开始建设，2020年元月份经过了能力的验收，可以提供面向各行业产品开发的解决方案。目前已开展了重大装备的开发，有八款新的增材制造装备研发成功，其中包括“五轴激光增减材复合制造装备”，有望成为国产工业级别的商用机。 注：本文内容来自3D打印技术参考，转载请注明来源。主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.铝合金激光能量沉积技术为何难以实现应用，目前的突破有哪些 2.重磅：国家增材制造创新中心推出“激光增减材复合制造装备” 3.国家增材院课程：金属熔丝高效低成本增减一体化制造技术及应用 4.无须高能热源、不需气体保护，能以10倍速度成型的金属3D打印技术

SLM过程中的缺陷可分为铺粉过程缺陷和打印过程缺陷，铺粉过程缺陷有粉层不规则，打印过程缺陷有飞溅、球化、气孔、表面质量差、裂纹、几何变形等。来自华中科技大学的曹龙超博士等总结了文献中报道的 SLM制造中常见缺陷及其形成机理。下面对不同缺陷及其形成过程进行介绍，并总结不同缺陷对打印构件的应用造成的影响。 缺陷是SLM技术在工业中广泛应用的最大瓶颈之一 1.飞溅 飞溅是SLM过程中最常见的一种缺陷，会直接影响激光与材料相互作用，导致其它缺陷的产生。研究表明，飞溅主要是由侧向保护气流、熔池的波动和反冲压力引起的。飞溅落在粉末上会形成较大的金属颗粒，进而产生欠熔合和气孔缺陷，对构件的抗拉强度和疲劳性能不利；此外，飞溅落在凝固层表面会影响下一层铺粉，导致下一粉层不平整、不均匀，甚至损坏刮刀。 激光熔池与激光束相互作用的物理过程 为使金属粉床不被飞溅污染，可以采用高速的保护气流移除飞溅物。然而，过大的气流会影响粉层的表面质量，如何优化气流技术，成为制造商不断努力的方向。 2. 球化 球化是金属基粉床制造过程特有的冶金缺陷，当液态金属在表面张力作用下凝固成球状便会产生球化。激光束能量密度过高和过低都会导致这种现象，能量过低时金属粉末未完全熔化会导致球化，能量过高时，液态金属飞溅到未熔化的金属粉末上也会形成球化。球化会影响下一层的铺粉质量，影响构件的表面质量，还会导致熔合不良、夹渣等缺陷。进一步地，球化会降低构件的抗拉强度和抗疲劳性能。减少和避免球化的有效手段，需要优化打印工艺，找到最优的参数组合。 3D打印Ti6Al4V合金中的缺陷及其作为疲劳裂纹存在的示例 3. 气孔 气孔是SLM构件最主要的缺陷类型，是对SLM构件力学性能影响最大的缺陷之一，也是工业界和学术界关注的焦点之一。SLM过程中，材料迅速的熔化和凝固、熔池剧烈波动等会导致气孔的产生。气孔的尺寸、数量、形貌和位置均对构件的力学性能有重要影响，较高的气孔率会缩短成型件的疲劳寿命，靠近表面的气孔对成形件的疲劳性能影响比其它位置的都大。根据气孔的形成机制可将其分为原材料相关的气孔和激光作用导致的气孔。 气孔的产生过程十分复杂，并与工艺参数关系密切。合理的打印工艺，以及针对材料使用次数不间断的工艺优化，仍然是避免气孔产生的重要条件。 4. 表面质量 随着 SLM 技术的发展，可打印材料的种类越来越丰富，且构件的力学性能得到了很大提升，但是相对较差的表面质量仍然是限制SLM 发展与工业应用的主要阻碍之一。中间层的表面粗糙度会影响下一层的铺粉质量，导致内部缺陷产生；成形面的表面粗糙度会严重影响构件的疲劳性能。 不同激光功率下的上表面 SEM 和重构图像 表面质量与熔池的流动行为密切相关，通过调控激光功率、扫描速度和粉层厚度等工艺参数可以有效的改善表面质量；也可以通过后处理来提高构件表面质量，但是会增加成本、降低效率，因此，需探索新方法以提升构件的表面质量。 5. 裂纹 SLM 过程中裂纹的形成与温度分布、残余应力及熔合不良有关。残余应力形成的裂纹又可以分为凝固裂纹和液化裂纹，这类裂纹与材料有关，凝固裂纹是由于熔池与凝固金属之间存在较大的温度梯度，导致熔池产生较大形变，然而液体的流动性不足，不能补充熔池产生的形变；液化裂纹出现在部分熔化区，它与液化范围、晶粒结构、热延伸率、金属的收缩和约束有关。 3D打印的金属涡轮叶片内部的裂纹 此外，熔合不良形成的欠熔合也是SLM构件常见的一类裂纹，它对 SLM构件的力学行为和疲劳寿命有致命影响。欠熔合裂纹多出现在相邻的扫描熔道之间或者沉积层之间，主要是金属粉末不完全熔化造成的，裂纹严重时还可能导致分层缺陷。 分层缺陷实例 裂纹对SLM构件有致命性的影响，减少SLM构件裂纹缺陷是学术界和工业界面临的重要挑战。合金化与调整工艺参数是改善微裂纹的两种可能的方法，但成功率仍然有限。目前，针对SLM构件裂纹的研究较少，亟需深入研究。 6. 几何变形 SLM过程中由于构件的几何特征、热积累、应力集中等原因会形成不同程度几何缺陷，程度较轻的可能引起变形，造成尺寸误差，严重的导致结构不完整，甚至使加工过程失败。 SLM 构件的几何结构缺陷实例 SLM 构件的几何精度会影响到构件的装配和使用性能。有研究发现，不同的扫描方式会对温度场产生重要影响，温度场会影响残余应力分布和构件的几何变形；激光的光斑、功率及扫描速度则会对尺寸精度和表面质量造成影响，提高构件的几何精度会极大地促进SLM技术的工业应用。 7. 粉层不规则 SLM 过程中，粉末的填充质量会影响到粉床的热导率及其对激光的吸收率。粉层填充密度会影响粉床的热导率和熔池的流动，粉层的厚度会影响熔池的稳定性、熔化状态和构件的内部缺陷，粉层表面不规则也会引起构件的质量问题。同时，SLM是一层一层成形的，一个构件要经过多层制造，因此每一层铺粉对构件的质量都非常重要。 铺粉是SLM制造的关键步骤，粉层质量的好坏直接关系到材料对激光的吸收，粉层厚度会影响到熔池的稳定性，粉层过厚会引起欠熔合、气孔等缺陷，粉层过薄会降低制造效率，因此，严格控制铺粉质量对提高 SLM 构件质量有重要意义。 END 缺陷是SLM技术在工业中广泛应用的最大瓶颈之一，为突破这一瓶颈，需深入理解SLM的物理过程，并对缺陷类型及其产生过程进行深入研究。针对各缺陷类型更为详细的研究进展，本文作者给出了更为详细的讲述，可查询上传内容。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.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 2.上海大学用CT给3D打印金属“诊疗”—揭示孔洞缺陷形成机理 3.北理工院士团队：3D打印几何缺陷对点阵结构力学行为的影响 4.中国学者 | 动画揭示激光金属增材制造过程中的熔体流动行为