此前有研究发现，重复使用的Ti6Al4V在电子束粉末床熔融工艺条件下的零件疲劳性能相比未使用过的新粉制造的零件降低了69倍，其原因是颗粒表面氧化导致零件内部出现了融合缺陷。在另一项研究中，采用激光粉末床熔融工艺打印的多次循环的镍基合金粉末，塑性和韧性出现降低现象。 考虑到粉末特性可能会影响零件质量的假设，以及工业应用领域的需求，3D打印材料的疲劳性能（尤其是超高周疲劳性能）研究成为增材制造研究领域亟待解决的科学问题之一。本期，3D打印技术参考分享奥本大学关于零件摆放位置和粉末重复使用对3D打印零件疲劳性能的影响研究。 粉末特性变化与对铺粉效果的影响 研究使用的粉末为17-4PH不锈钢，初始粉末粒度分布在15-45μm之间，以80kg的初始量进行15次连续打印。每次制造完成，粉末进行筛分并与未使用的粉末充分混合。分别研究零件摆放位置和粉末重复使用对零件拉伸强度及疲劳寿命的影响，研究所采用的设备为EOS M290。 打印试样布局：不同批次的样本数量分别为38个和18个，每次消耗粉末2.5kg和1.5kg 综合多家单位通过对IN718、Ti6Al4V、AlSi10Mg等材料的研究发现，粉末循环重复使用，会导致粉末特性发生变化，主要表现为： 细粉含量减少、粒度分布变窄、平均粒径增大，对于AlSi10Mg来说尤其明显； 颗粒的形貌也会变得更细长（部分研究发现）； 与未使用的粉末相比，循环过的粉末由于卫星粉的消失以及长时间高温暴露降低了水分含量，粉末团聚现象减少，流动性总体呈上升趋势 本研究的粒度测试的结果基本验证了以上结论，初始粉末的粒度宽度为45μm，第15批为41μm，粉末粒度变窄；重复多次使用的粉末相比初始粉末具有更小的颗粒间间隙，粉末流动性和填充状态得到改善。 第1、5、10、15批次的粒度分布 研究人分析认为，初始粉末由于含有卫星粉和大量细粉，颗粒间的摩擦力容易形成团聚，导致空隙产生，而细粉并不足以填充大颗粒间的空隙；随着粉末循环使用，极细颗粒和大团聚体减少，粉末堆积密度增加，粉末流动性和填充状态得以改善。为进一步验证结论，研究人员分别对粉体进行了压缩试验和气体通过实验。 粉体压缩实验显示，批次1粉体的可压缩性为4.65%，而第15批次为1.97%，这意味着初始粉末的可压缩性更强；气体通过实验也证明，气体更难以通过第15批次的粉末，这证明了其更低的空隙率。需要注意的是，粉体中的空隙会在打印过程中导致熔体中形成气体夹带。 气体渗透性测试，粉体上方的压强越大，渗透性越差 总的来说，粉末重复使用可以使铺粉更均匀、颗粒间间隙减小，这种变化增加了理解粉末规格如何影响零件性能的复杂性。同时粉末特性的变化，可能会对基板上不同位置零件的机械性能带来一些改变。 粉末特性变化影响铺粉效果，进而带来机械性能的位置性差异 对零件孔隙的观察发现，第15批零件的孔隙平均孔径和最大孔径尺寸均低于第一批次，这进一步证明了再利用粉末具有更好的填充状态，更少的空隙减少了零件孔隙的产生。此外，同批次基板左侧零件的气孔大小和数量都比右侧试样大，但是随着粉体的不断重复使用，这种差异逐渐减小，表明再利用粉末在铺粉时实现了更好的位置均匀性，这可以印证前面的描述。 第1批和第15批零件的拉伸测试结果显示，抗拉强度分别为1209Mpa和1193Mpa、屈服强度分别为1155 MPa和1138 Mpa，并未发生显著变化；两批零件的真实断裂应变分别为0.35和0.40，零件的微观结构也没有明显差异。研究人员认为，粉末多次使用对零件拉伸强度的影响可忽略不计。 第1、5、10、15批次的零件拉伸曲线 第1、5、10、15批次的零件拉伸性能数据 对疲劳行为的研究发现，粉末重复使用对于未进行机加工、具有打印态表面的零件几乎未观察到直接影响，这主要得益于表面粗糙度的保留；而对于进行了机加工的试样，在低周和中周疲劳状态下，连续重复使用粉末不会影响疲劳行为；然而，在高周疲劳状态下，第15批试样的疲劳寿命明显高于第一批。对左右两侧的试样疲劳寿命的研究发现，右侧试样的疲劳寿命与左侧试样相比要高，但这种差距仍然会随着粉末使用次数的增加而减小。 疲劳性能测试数据 研究人员认为，在激光粉末床熔融工艺中，不同位置试样的疲劳寿命的差异是由于不同位置粉末的铺展效果不一致造成的。由于粉末的流动性会影响铺粉的均匀性，基板右侧的铺粉效果要优于左侧，从而带来了更小的缺陷尺寸和数量，这有助于提高零件的疲劳寿命；而随着重复使用次数的增多，粉末流动性变好，疲劳寿命对位置的依赖性变小。 END 总的来说，目前已经可以判定粉末重复使用并不会对零件的拉伸性能造成明显影响，但会影响疲劳性能；重复使用导致的粉末流动性的改变是造成疲劳行为位置依赖性的主要原因。该研究也为粉末特性变化如何影响机械性能提供了一个新的视角。 吴鑫华院士在一次演讲中提到，打印参数的优化并不是一个静止的过程，如果要循环使用粉末，那么打印参数还要继续优化。本研究的粉末循环批次只有15次，实际的生产会比此多。 注：研究原文可在QQ群查询。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.金属3D打印工艺链对TC4粉末性能的影响 2.粉末可回收性因素对金属增材制造的影响 3.粉末粒度分布和微量元素差异造成的金属3D打印质量问题 4.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化

点阵结构一般是指由金属杆、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爆炸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爆炸冲击性能作用，其在坦克防护装甲和舰船结构水下抗爆方面均有应用。 电影中的点阵结构的防冲击场景 如今，点阵金属夹芯结构应用于轻质装甲以增加其抗爆性能的研究也开始增多。点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击问题是一个非均质材料结构在动载作用下响应的复杂动力学问题，关于点阵金属材料的力学特性研究正处于基础研究阶段，主要集中在点阵金属夹芯梁、板等结构的抗爆炸冲击和弹道冲击方面。 材料的微观结构对其吸收冲击的能力发挥着巨大作用。近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的研究人员发现了一种特别好用的结构，这种具有紧密空间的分形结构比固体立方体的冲击波消散能力强出五倍。这可能为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 3D打印的晶格结构的ct图像及三维重建 一些减轻冲击的材料利用孔隙率和分层结构来减小冲击强度，但传统的制造手段使这些材料往往缺乏结构控制，并且很大程度上需要通过反复试验开发。也有研究试图通过吸收能量的冲击驱动反应来减小冲击波的大小，但仍然需要具有尺寸稳定性和可定制机械性能的结构材料。 3D打印在材料结构控制方面的优势不必多说，来自LANL研究人员通过分形界面主导结构中孔隙的三维排列演示了冲击波的耗散。具有低至100µm自由表面间距的孔隙或自由表面的受控布置有望在适当的时间尺度上产生建设性的稀疏波前相互作用，从而减少通过结构的冲击波幅度。 不同的分层结构及防冲击测试结果 采用光固化工艺打印的点阵结构被以约每小时670英里的速度发射撞击器，结果发现结构化的立方体比相同材料的固体立方体对冲击的消散作用高出五倍。 然而目前尚不清楚分形结构是否是最好的减震设计。研究人员正在测试其他基于空隙或界面的模式，以寻找理想的结构来消散冲击。3D打印的点阵结构距离真正的装甲防护可能还有些距离，但其在体育用品上已经获得了应用，尤其是3D打印的减震头盔。 分割线 国外有研究人员分别测试了由惠普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。该项目获得了欧盟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。 研究团队设计和打印的几种点阵结构 动态冲击测试是采用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。 不同结构的3D打印点阵防撞击测试 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，研究人员需要从中选出最佳的结构。截至目前，HP、Carbon等公司均推出了基于3D打印工艺的点阵结构运动头盔。 最佳点阵结构 中国设计师开发的点阵结构运动头盔 不过，虽然点阵结构极具魅力和吸引力，但目前仍然有一些障碍使其很难用在实际生产中，尤其对于金属点阵结构。一个关键的挑战是要证明设计的性能可靠性，特别是在抗疲劳方面。由于点阵结构的表面和尖锐的交叉点很多，这带来了应力集中，在实际批量零件生产中如何解决这一问题存在一定的挑战。 另一个相关的问题是如何验证制造质量。点阵结构的复杂性使得难以通过传统方式检查，CT扫描确实提供了一种解决方案，但这种方法非常昂贵，开发简单有效的质量检测手段也是影响其应用的一大限制。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：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.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 3.3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 4.采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计

弗劳恩霍夫IKTS（陶瓷技术与系统研究所）主要从事先进陶瓷的研究，范围涵盖从基础研究到整个陶瓷领域的应用。作为科研和技术服务机构，IKTS致力于开发现代高性能陶瓷材料、定制工业生产工艺，创建原型组件和系统。9月1日，该机构宣布其科研团队开发了一种多材料喷射系统，可同时打印金属、陶瓷等多种材料，以此创建具有组合属性或功能的产品。 多材料喷射系统，可同时打印金属、陶瓷等多种材料 该系统基于其早期开发的热塑性粘合剂喷射工艺，能够对包含多种材料的零件进行增材制造，被称之为多材料喷射或MMJ，该过程可以将不同材料及其各种不同的特性（如导热、导电、绝缘）组合到一个产品中。目前，研究人员一次可以处理多达四种材料，生产具有专门定义属性的高度集成的多功能组件，这为各种应用打开了大门。 首先，要将需要打印的陶瓷或金属粉末均匀分布在热塑性粘合剂中，然后将浆料装入微计量系统（MDS），并在大约100摄氏度的温度下熔化，形成可以以极小液滴形式喷射的物质。IKTS的研究人员还开发了相应的软件程序，确保在制造过程中液滴的精确定位。微计量系统在计算机控制下以高精度运行，液滴逐一精确沉积，打印速度可以达到每秒1000滴以及60毫米。 微计量系统（MDS） 所喷射的液滴尺寸在300-1000μm之间，可形成高度为100-200μm之间的沉积层，当前可以制造的零件最大尺寸为20×20×18厘米。该工艺的关键因素在于金属或陶瓷浆料的定制配方，正确确定剂量是确保3D打印的最终产品在随后的熔炉烧结过程中形成所需性能和功能的关键。 每秒以高达1000滴的速度进行高精度材料沉积 IKTS新的多材料喷射成型系统可用于制造高度复杂的零件，如卫星推进发动机中的陶瓷点火系统。卫星发动机燃烧室温度极高，陶瓷的耐热能力使其成为理想的材料选择，MMJ工艺可用于生产直接集成在发动机内的点火系统。该点火系统将导电和绝缘区域结合在一个非常坚固的部件中。在这种情况下，MMJ工艺需要三个定量给料系统：一个用于在炉内热处理过程中分解的支撑材料，另一个用于导电组件，第三个用于电绝缘组件。 凭借其高精度和灵活性，MMJ系统不仅适用于制造多功能组件，还适用于更多的应用，来满足零件对于不同零件对于强度、导热率和导电率等性能的需求。同时，该系统还可以用来制造硬质合金零件的毛坯件，由于配料系统具有极高的精度，毛坯的轮廓已经非常接近最终产品的轮廓。因此，与常规方法相比，它们只需要很少的后续研磨，这对于用户来说具有极大的吸引力。 金瓷结合：Xjet研发多材料一体打印 同样基于材料喷射技术，Xjet是业内最具代表性的陶瓷、金属材料3D打印厂商。通过将材料的纳米颗粒分散在油墨中，选择性地沉积液滴实现材料成型，经过必要的烧结处理后形成最终零件。采用该技术成型的零件具有其他3D打印工艺难以实现的特征尺寸、表面光洁度和制造精度。 3D打印技术参考曾在去年介绍该公司也在开发将两种材料一体成型的方法。当时，这种一体成型的结构强度非常弱，需要经过完整的后处理。在Xjet纳米颗粒喷射成型工艺中，对生坯打印件进行加热可以去除粘结剂并实现材料最终成型，然而金瓷结合的零件就是在该步骤中存在挑战。 金属-陶瓷一体结构 金属和陶瓷具有不同的烧结温度，如何开发能够成功烧结两种材料的熔炉烧结工艺？一种材料的较高温度要求是否会损坏另一种材料？这是Xjet正在解决的问题，对于Fraunhofer IKTS来说，也是如此。 烧结完成的金属-陶瓷一体结构 如今大多数金属和陶瓷3D打印采用粉末烧结或其他工艺，都难以实现有效的多材料一体成型，而材料喷射技术则正可以弥补这一不足。遗憾的是，截至目前，我们还没能看到Xjet更具体的进展。 基于粉末床SLM技术的多金属混合3D打印 SLM技术如何实现多种材料一体成型？成型后粉末不会混合而污染吗？比利时初创公司Aerosint采用一种新的粉末沉积技术来取代传统的SLS/SLM铺粉方式，实现了两种不同粉末的同时打印。 与大多数材料沉积技术不同，该技术并没有使用复杂的驱动喷嘴，而是通过旋转的转鼓，在构建区域内选择性地沉积粉末材料，达到在需要的位置构建物体的目的。与传统SLM或SLS技术的主要区别也是在于铺送粉技术的不同，其他过程基本类似。 Aerosint多材料粉末沉积设备和技术原理 2020年3月，Aerosint公布了采用多金属粉末材料沉积技术打印的双金属零件—由316L不锈钢和CuCrZr（铜铬锆）混合嵌套、内含1.7mm通道的圆盘组件。该组件直径为55mm，高6.9mm，设置层厚为40微米，打印时间5小时40分钟。 基于粉末床熔融技术的多材料金属打印清粉过程 Aerosint多金属材料打印的零件 多金属的打印同样为功能部件的直接制造提供了可能。未来，将传感器等电子部件直接集成进入装备的预定位置正在成为科研人员努力的目标。 END 从技术的发展情况来看，基于材料喷射/沉积的工艺是目前实现多材料混合3D打印的主要形式，无论是多种树脂成型的polyjet技术、陶瓷/金属复合成型3D打印，还是基于金属粉末的lens或其他材料沉积技术。 而多材料混合3D打印不仅仅是将多种材料简单的复合起来。更为重要的是，与单一材料3D打印相比，它可以一次制造拥有多种功能或物理属性的产品，而不需要再把各种部件组装起来，这将掀起一场前所未有的革命。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业 2.基于粉末床激光熔融技术实现多金属混合3D打印 3.欧洲8国21家机构携手推进多材料、多工艺协同金属3D打印 4.全球最大多材料混合增材制造系统发布，可打印金属和树脂

Optomec是美国知名的增材制造系统供应商，凭借Aerosol Jet技术，已成为电子3D打印领域的主要参与者之一。该公司还凭借基于DED的LENS 3D打印系统在金属增材制造领域占有重要地位，该技术可生产致密的金属零件并能用于金属零件维修。 在最近的一次客户调查中该公司表示，使用其金属增材制造技术进行翻新和维修的涡轮叶片数量已经超过1000万个。所有领先的燃气轮机原始设备制造商都为航空航天部门的飞机发动机和能源部门的发电装备安装了Optomec 3D打印系统，其客户数量达100多个，其中不乏GE、西门子、霍尼韦尔、三星、洛克希德等公司。 燃气轮机大型叶片 Optomec的激光熔覆技术被业内广泛采用，已获得15个国家/地区的航空维护运营批准。其基于定向能量沉积（DED）的增材制造工艺，可用于压缩机和涡轮叶片、整体叶盘、叶片和各种发动机部件的直接生产和维修。在这些领域，增材制造技术使设计效率得以提高，但也提高了成本，可用来修理那些从零开始制造但成本很高的零件。 客户经常使用Optomec的系统来修理涡轮叶片的尖端，密封件和磨损表面、压缩机叶片、保护罩和其他高价值组件。该公司基于DED的系统具有许多优势，包括适当的视觉和自适应控制软件，卓越的受控惰性气氛，总包维修过程配方以及可释放高生产率的自动化解决方案。 Optomec激光沉积制造过程 今年五月，Optomec宣布，其公司LENS定向能量沉积系统在增材制造和铝合金修复方面取得突破。该公司表示，这项创新技术可用于沉积任何种类的铝合金材料，包括其专门为提高增材制造加工性能而开发的铝合金。 此外，该公司表示，其机械的投资回报率超过180％。去年11月，该公司已经安装了500台工业3D打印机，超过200台是LENS工艺，其中GE公司就拥有20多台。 航空航天供应商正在寻求SLM工艺以外的高精度3D打印技术 一直以来，激光粉末床熔融技术在航空航天领域获得了相比其他增材制造技术更多的应用，但随着需求的增加，一些航空航天供应商还在寻求大型零件的增材制造技术。 近日，华中科技大学铸锻铣一体化金属3D打印技术被列入“中国限制出口技术目录”。相比于锻件传统制造方法流程长、工序复杂，需要多台大型设备、制造成本高，污染排放量大的特点，微铸锻铣复合增材制造流程短，只需通过一台设备就可以完成金属丝材到锻件的制造，同时可满足大型复杂高端零件的制造。目前，该技术已经应用于飞机挂架、舰船螺旋桨、汽车翼子板模具、燃机过渡段、高铁辙叉等项目的研发制造，重点服务于航空航天、核电工业、船舶海工、高速铁路等支柱产业。 锻铣一体化金属3D打印技术原理 微铸锻铣复合制造技术由于突破了增材技术无法制造锻件的瓶颈，一经问世便获得了GE、空客、商飞、西飞、成飞等大型企业的高度关注，并展开了相关合作。 无独有偶，国外增材制造技术供应商Prodways也推出了基于电弧的快速增材锻造（RAF）系统，在大型零件直接制造方面具有优势。Prodways RAF快速增材锻造技术成功的原因之一是其闭环监控系统，制造过程需要很少的人工监督，而且可以自动调整生产参数，从而确保最佳的质量和可重复性。对采用RAF工艺打印的不同零件进行的冶金测试表明，与典型的金属3D打印工艺相比，RAF工艺具有极好的均质性和无气孔性。 在RAF系统上制造的3D打印钛合金结构与机加效果 Prodways指出，使用该系统可以在几个小时内制造出大型3D打印零件。航空业公司也指出，这项技术可以用于制造飞机上将近50％的钛合金零件，并节省多达50％的零件成本。2019年，欧洲导弹开发商和制造商MBDA已经选择Prodways快速增材锻造（RAF）系统来3D打印大型钛航空零件，MBDA希望将此类组件的成本和交货时间降低25％。 挪威公司Norsk Titanium AS则采用等离子沉积技术实现大尺寸零件的增材制造，并致力于满足航空航天领域的严格要求。2015年，他们获得了欧洲TRL8认证，这是一种评估关键技术元素成熟度的方法，得到了美国国防部、美国宇航局、欧洲宇航局和许多其他航天机构的承认。（对于TRL的评估主要检查项目的概念、技术要求、经过验证的技术能力，并根据分值将其评为1到9个等级，其中9级代表技术最成熟。TRL8预示着产品不存在问题，可以投入验证。） Norsk等离子体沉积过程 Norsk开发的直接金属沉积技术，采用金属粉末或金属丝通过等离子体沉积成形，尺寸和材料完整性由控制系统管理。与所有增材制造技术一样，该过程从要打印的零件设计图开始，通过控制系统被编程产生该部件的沉积坐标，然而它可以每小时几公斤的工业速度生产零件，并用于大型结构的直接制造。 目前，Norsk已经为波音787设计了4个零部件，并获得787零件认证，而且已经用于这些部件的批量生产。采用Norsk的工艺，可以为每架波音787节省200到300万美元的成本。 END 对于SLM技术来说，虽然产品质量和尺寸控制极佳，但制造尺寸有限而且速度非常缓慢，远不能满足航空航天等领域对于大型零件的制造需求。无论是Optomec激光能量沉积、Norsk等离子沉积，还是Prodways快速增材锻造以及我国铸锻铣一体化金属3D打印技术，都为大尺寸复杂金属零件的直接制造提供了可能，也为更广泛的金属3D打印应用开辟了道路。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.两吨材料，数年时间，百万美元，3D打印如何为787客机完成认证工作 2.民航领域可用3D打印材料、工艺和案例，及民航专家的适航认证启示 3.您的下一航班将使用3D打印的引擎部件 4.航天二院科技大讲堂—卢秉恒院士“航天增材制造”

近几年，桌面金属3D打印技术的发展有些奇怪，凶猛的时候如惊涛骇浪，被圈内圈外的人广泛关注；但大多数时候，却又如一颗小石子扔进了湖水，只是溅起一点水花。时至今日，基于该技术的创业公司仍非常少，预想中的爆发似乎并未到来。 基于桌面的金属3D打印技术，最为知名的公司当属Desktop Metal，其推出的DM STUDIO系统第一批产品就卖给了谷歌，后续还应用到教育、消费品、汽车、能源以及重工业等行业。然而对于这些公司采用桌面金属3D打印技术开发了哪些应用，与SLM技术对比有哪些优势和不足，一直以来鲜有报道，本期3D打印技术参考对这些问题进行揭示。 Desktop MetalSTUDIO金属桌面3D打印系统 像大多数3D打印技术一样，桌面金属3D打印技术既可以用来做原型验证，也可以用来制造最终用途部件，这在实际生产中均有涉及。石油和天然气燃烧领域的产品专家John Zink Hamworthy Combustion近些年来将多种金属3D打印技术引入生产线，在产品正式生产前，所有设计都必须制作原型并进行测试，该阶段又必须用到金属打印。即便该公司拥有多种类型的金属打印机，但金属桌面打印机的运行成本比SLM打印机更低。自2019年安装Studio系统以来，该公司已经开发了很多增值应用。虽然这些原型中的大多数将继续通过铸造或机械加工来生产，但也不乏一些具有特殊结构的零件只能通过金属打印来制造。 Desktop MetalSTUDIO打印完等待脱脂和烧结的零件 该公司新近开发的燃油雾化器就是这样一款只能通过金属打印来制造的产品。最初的燃油雾化器是一个很小但相当简单的钢制部件，燃料和蒸汽在内部腔室混合，并通过圆形钻孔通道排出。这样的部件可以用调节比来描述燃烧效率，调节比越高表示燃烧效率更高。在最初的设计中，当船舶在港口或缓慢行驶时，机加工的雾化器在低负荷时的调节比为15:1。现有的燃油雾化器性能低于johnzink公司的预期，这促使他们通过改进设计来提高效率，而实现这些设计改进和效率提高意味着从机械加工转向另一种制造技术：金属3D打印。 为了提高雾化器的燃油效率，johnzink的团队首先提出了三种不同的设计方案，这些方案使用Desktop Metal的桌面金属打印机制作原型，并在现场进行测试，最成功的原型将被进一步优化改进。研究小组最终将雾化器与其底座合并，以消除接头处泄漏的危险，并借助计算流体动力学（CFD）模拟进行设计，以精细化通道。最终重新设计的雾化器采用了空气箔状的翅片，减少了零件材料使用量，而如果没有3D打印，这种几何形状将无法制造。 雾化器原有设计（左）与新设计（右） 燃料雾化器最终通过SLM技术生产，但结合金属FDM技术，John Zink更快地完成了最终设计，同时节省了开发时间和成本。使用SLM技术生产燃料雾化器需要8天，成本为1200美元；相比之下，金属FDM技术可以在5天内完成生产，成本仅为300美元。但是由于SLM技术可以一次性生产更大批量，因此使用该技术用于最终生产。 桌面金属打印与SLM技术对比分析 当然，基于3D打印技术的新设计主要目的在于提高燃油效率。实际上，采用3D打印制造的燃油雾化器的调节比为25：1，与原始机加工零件相比，燃油效率提高了67％；新设计还将每小时油耗从120公斤降低到38公斤。该公司估计，新的燃油雾化器每年可为每艘油轮节省90000美元至160000美元的燃料成本。 John Zink还发现了许多其他有价值的金属FDM技术的应用，如1967年就在生产的加力燃烧室组件和为美国海军3D打印的安全切断装置。金属FDM技术使公司能够以低成本有效地生产这些替换零件，同时避免了铸造或其他加工费用导致的生产延误。 美海军安全切断装置和手柄 除了为客户创造更加优质的产品，John Zink还作为科赫工业集团（Koch Industries）增材制造技术的领导者，来帮助向整个组织内部宣传和解释这项技术。更多像燃油雾化器这样的产品论证了3D打印技术的优势和创造更加优质产品的可能性，让其他组织部门思考该如何使用它。 分割线 除了能源行业的用户外，以福特为代表的汽车公司也在使用DM的studio系统进行原型设计，而且DM的打印机已经成为福特公司未来工厂的一部分。 福特公司也采用金属FDM技术进行原型制造 除进行原型制造外，桌面金属3D打印技术也被用来制造最终用途部件，如定制工具、夹具等。阿尔法精密集团（APG）以及联华电子公司（umc）也都采用该技术来生产冲压夹具、螺纹检验夹具以及装配工具等。由17-4不锈钢打印的零件拥有精确的细节和光滑的表面质量，不仅能够在极短时间内完成生产，还大大节省了成本，并减少了生产车间的停工时间。 APG采用桌面金属戴眼镜生产的装配线螺丝刀工具 除在汽车、能源以及其他工业领域的应用外，DM公司的桌面金属打印技术在教育和消费品领域也有覆盖。缅因大学借其办公室友好型的特点和价格优势推动3D打印技术的普及；奢侈品时尚品牌Jade Group则用其进行功能原型和各种工具的制造。 总之，以Desktop Metal为代表的桌面金属打印技术已经拓展至多个行业，无论是功能原型也好，最终用途部件也罢，相对于传统的激光增材制造和机加工，桌面金属打印确实具有更友好的工作环境以及低廉的设备成本。随着材料越来越丰富，相信国内同类技术的公司也可以开发更多的应用。 本期上传：金属桌面3D打印技术应用电子书。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.现场看懂Desktop Metal桌面机材料供给原理及工作过程 2.Desktop Metal金属桌面打印机---DM STUDIO解析 3.Desktop Metal 打印材料及产品总结 4.金属打印批量化竞争：SLM无支撑智能系统PK HP与Desktop Metal

材料学是对口腔修复学影响最大的学科之一，口腔应用材料学的发展，对口腔修复质量的提高具有不可取代的作用。 义齿制作用的金属材料可以分为贵金属、半贵金属和非贵金属三大类，其中非贵金属性价比较高，而且随着牙科材料的不断研发和改进，很多非贵金属的生物安全性和可靠性都在提升，其中钴铬合金、纯钛和钛合金是目前最常见的牙科非金属种类，也是牙科最常用的3D打印金属种类。那这三种金属在性能上有何区别？ 01 不同牙科金属力学性能对比 牙科金属材料的力学性能至关重要，因为制作出的义齿修复体需要在强度、硬度、塑性和回弹性方面满足相应的要求，才能安全可靠的应用在口腔修复领域。 为了更准确对比三种金属材料的性能，减少成型工艺对最终成型材料力学性能的影响。本研究选用目前市场上三种金属材料，统一采用激光选区熔化成型工艺，最后再对比成型后的性能。 力学测试件的成型照片 不同牙科金属材料成型后的力学性能对比 从以上对比表格可以看出，纯钛及钛合金的密度仅为钴铬合金的一半，属于轻量化的牙科金属；低密度的牙科修复体能够减少口内异物感；此外，钛及钛合金的导热性仅为钴铬合金的六分之一，因此, 牙科钛修复体具有保护牙髓、避免冷热刺激的作用。此外，TC4钛合金弹性模量与人体硬组织最接近，屈服强度又高，可发生的弹性变形要远超钴铬合金，在临床上就变现出良好的回弹性。 纯钛及钛合金都是常见的轻量化牙科金属材料，纯钛虽然具有较高的延伸率，可塑性较强，但是纯钛的强度和硬度较低，口内长期使用容易变形，固位力下降明显。而TC4钛合金相比纯钛，具有较高强度和硬度的同时，兼具弹性和塑性，更匹配口腔临床使用的要求，耐久性更好。 02 不同牙科金属耐腐蚀性能对比 金属材料长期处于口腔环境中，难以避免会有金属离子析出。因此牙科金属材料需要具有一定的耐腐蚀性，尽可能减少金属离子析出，减少安全健康隐患。 本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的耐腐蚀性。 其中重庆医科大学的文献《口腔用生物金属材料的耐蚀性能》根据不同材料的金属离子析出范围，将金属材料分成了三类，如表2所示，纯钛、TC4钛合金和钴铬合金都属于较少溶出量种类，7天溶出离子总量都低于9μg/cm2。 不同金属材料浸泡溶出离子总量 本文研究人员对3D打印的钛合金进行了耐腐蚀性实测，测试结果表明：在37℃、7天释放到指定溶液中的总金属离子为5.6μg/cm2，具有较好的耐腐蚀性，达到了贵金属的耐腐蚀性水平。3D打印技术参考在查阅资料时发现，中山大学孙逸仙纪念医院口腔科的研究指出3D打印的钴铬合金比铸造的钴铬合金耐蚀性更优；另有研究发现3D打印的纯钛比钛合金具有更好的耐腐蚀性。 03 不同牙科金属生物相容性对比 与生物相容性相关的因素主要包括材料对人体应无毒性、无刺激性、无致癌性和致畸变等作用。在体内正常代谢作用下，应保持稳定状态，无生物退变性，其代谢或降解产物对人体无害，且易被代谢。 本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的生物相容性。 其中文献《口腔金属材料安全性、相容性以及功能性的评价》研究显示钛金属及其合金材料耐磨损性能强、细胞相容性好、耐腐蚀性能强，是首选的应用材料，其次是贵金属合金材料和钴铬合金材料。 文献《钴铬合金与钛合金修复材料的细胞相容性研究》表明钴铬合金对HGF细胞具有一定的细胞毒性，而钛合金细胞相容性良好。 有关3D打印纯钛的生物相容性以及钛合金耐腐蚀性和生物相容性的研究 从上表的文献结果汇总也可以发现，钛合金材料在经过3D打印成型后具有较好的生物安全性。 04 结语 医用材料对于生物性能的要求极高，生物相容性是医用材料应用于人体后与机体之间发生相互作用，医用材料与人体机体对相互作用的反应能力能够保持相对稳定而不会相互排斥。 传统工艺制作的纯钛、钛合金以及钴铬合金已经是应用非常成熟的生物医学材料，在复杂及个性化医疗器械加工与制造过程中，也逐渐开始运用金属3D打印技术。两种工艺所制造的试件都具有良好的生物安全性，且在某些条件下，3D打印试件的性能更优于传统铸轧。3D打印技术不会改变材料的生物安全性，利用该技术的优势，纯钛、钛合金以及钴铬合金将在牙科及骨科等个性化医疗领域将会有更好的应用前景。如果非要说那种材料更好，只能说，没有最好，只有更好。 注：本文主要内容来自优材科技，3D打印技术参考整理补充，请审慎参考。本期上传：1.钛及钛合金3D打印医用产品的生物安全性2.3D打印纯钛与钛合金的腐蚀性能研究欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印在口腔种植领域的应用效果如何？ 2.隐形牙套3D打印过程及相关工艺 3.3D打印医疗植入物的应用现状及国内研究团体 4.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业

惠普公司自2016年正式商业化其增材制造技术以来，已推出了多款聚合物3D打印系统以及基于粘结剂喷射的金属3D打印技术。惠普对于占领未来12万亿美元制造业领域的下一个高地，开启了全速前进模式。 01 剑指3D打印 在惠普、Desktop Metal、Carbon进入3D打印领域以前，传统3D打印行业面临成本高、技术成熟度低和人才短缺问题。许多工业3D打印机在速度和效率方面仍然落后于传统设备，而且将该技术真正投入生产还面临巨大投资，这些都是影响3D打印普及应用的重要影响因素。后期，以惠普为代表的新势力推出了一系列革新3D打印技术的新工艺，从打印速度、成本以及零件质量方面共同推动3D打印进入了一个全新的生产模式。 惠普多射流熔融技术（MJF）基于塑料粉末通过墨水和加热实现熔融成型，借助该技术，惠普推出了聚合物粉末床3D打印的新标准。作为明星产品，多射流熔融技术极大挤占了传统SLS技术的市场，并号称具有更一致的机械性能、更快的处理速度和更高的精度。 在比较MJF和SLS零件的成本时，在线制造市场Xometry发现，使用MJF技术生产的零件成本比SLS技术低30％。由于惠普MJF打印机能够同时打印多个零件，因此随着零件体积的增加，这种差异也会增加。 02 迈向聚合物3D打印工业化 惠普从一开始就致力于功能原型设计和批量生产，MJF技术在多方面都具有革命性的意义。该公司于2016年底推出的首个HP Jet Fusion 4200 3D打印系统已成为粉末床技术类别中最好的小批量生产机器之一。4200系统由打印机、冷却站和两个构建单元（打印缸）组成，旨在最大程度简化打印和后处理步骤。 打印缸可置换目前已成为SLS及MJF技术的标准配置，当打印完成之后，可以直接将其送至后处理站进行冷却和清洁，同时打印机更换新粉缸继续打印，从而提高工作效率。 HP Multi Jet Fusion 4200 由于专注于生产和质量，该系统在市场上受到好评。3D Hubs《2018年第2季度数字制造趋势报告》根据打印机的质量评级，将惠普4200打印机排名第2，而该机在当年生产的零件数量方面排名第一。 在应用方面，4200系统从功能原型到工具，再到短期使用的最终用途零件生产，可用于多种用途。 惠普通过与齿科品牌SmileDirectClub合作，为后者安装了49套MJF系统，每天可生产50000多个牙模。2018年，惠普在中国建立3D打印批量化定制中心，当年中国境内的MJF打印机就已经达到50台。此外，惠普还在美国、西班牙和新加坡等地均建有先进制造中心。   进入全彩色3D打印领域 在没有彩色3D打印的情况下，工艺人员往往需要花几个小时甚至更长时间对SLA或其他工艺打印的样品进行上色，制造商自然很想拥有能够负担的起的彩色3D打印机。然而事实却是，全彩色3D打印在业内极其昂贵。   惠普全彩3D打印 在4200打印机发布后，惠普在2018年推出了全彩色3D打印机系列Jet Fusion 300 /500。该产品补充了其现有工业3D打印机的产品系列，并为中小型产品开发商提供了低成本选择。 与此同时，惠普基于全新工艺的全彩3D打印机，又与Stratasys和3D Systems的现有产品展开了直接竞争。 推动3D打印实现批量制造 据报道，2018年基于MJF技术生产的零件已经达到1000万个，而惠普希望将3D打印的批量生产提升到更高水平。 在过去几年中，采用3D打印进行批量生产已成为行业发展的重要趋势之一。而且随着应用数量的增加，开发能够适应产量不断增长的新解决方案已经势在必行。 在同类型技术领域，当前的激光烧结方案与惠普MJF技术相比还是有些差距，后者通常具有更高的吞吐量。2019年对于惠普来说又是重要的一年，其推出了以生产为重点的新5200系列MJF 3D打印机。 面向生产应用的HP Jet Fusion 5200系列 500/300系列3D打印机以功能原型为目标，4200系列则以小批量生产为目标，5200系列则为其实现制造业的雄心再往前迈进了一步—以堪比注塑成型的精度和可重复性进行批量生产。 5200系列最显著的进步是生产率提高了40％，并为高温材料的3D打印开辟了可能性。目前，已有多家公司购入该系列打印机用于生产，其行业涉及风力发电、体育运动等领域。新系统大大扩展了惠普的增材制造业务能力，使其客户能够在生产中真正实现数字制造。 03 创新3D打印材料 惠普的3D打印技术已逐步从原型设计和小批量生产转向批量增材制造。尽管硬件在这一进步中起着重要作用，但如果不进行新材料开发，要充分利用MJF技术也将会是极其困难的。 MJF技术于2016年首次推出时仅能打印PA12，目前，惠普逐渐将其材料组合扩展到包括更多种类的热塑性塑料，如PA11、玻璃微珠复合PA12以及柔性TPU材料。此外，惠普还为其最新的5200系列专门开发了聚丙烯（PP）材料。 采用MJF技术打印的聚丙烯零件 聚丙烯是一种多功能、耐用且耐化学腐蚀的热塑性塑料，由惠普与巴斯夫合作开发。采用MJF技术3D打印的聚丙烯可媲美注塑成型的效果，基于这些特性，该材料特别适合用于汽车、工业、消费品和医疗领域。 实现材料高度可重复使用 在聚合物粉末床工艺中，每一层粉末都会经受高温照射，这会造成材料化学结构的变化，同时也使得烧结特性难以预测。然而在一次成型过程中，并不是所有粉末都会变成零件，总有一些粉末会被重复多次使用，可化学结构的变化也导致材料注定无法100％完全可用。这对于使用该工艺的用户来说不仅造成了材料浪费，还会带来成本负担，更何况现阶段材料仍然非常昂贵。 克服此问题的唯一方法是将新旧粉末混合使用。在SLS工艺中，只能回收大约30-50％的粉末（也有厂商重复使用70%），而使用MJF技术最多可重复使用80％的粉末。惠普称这种高水平的粉末可重复使用性是通过材料创新实现的。惠普PA12材料在长时间高温暴露过程中可减轻分子结构变化，被称为中低反应性材料，其重复使用率达到80％而不会降低质量。 惠普还计划进一步扩大材料种类，提供更广泛的热塑性塑料系列，包括具有阻燃特性的热塑性塑料、弹性体、聚酰胺、商品塑料和高性能材料等。而惠普Multi Jet Fusion开放平台将是这一进展的关键，该平台邀请化学公司在材料开发方面进行合作，以加速材料创新。 04 新领域：金属3D打印 惠普进入聚合物3D打印领域的时间虽然不长，但已经搅动了整个市场。而通过推出用于批量化制造的Metal jet金属3D打印技术，则进一步改变了业内的竞争格局，更推动了产业发展。 Metal Jet 3D打印技术于2018年推出，通过有选择的在粉末床上喷射粘结剂并最终实现零件成型。惠普引入该技术的独特优势在于其创新的打印头和粘结剂技术。 惠普Metal Jet 金属3D打印系统 虽然粘结剂喷射技术本身就很快，但惠普仍然对打印头进行了改进使其更快。Metal Jet系统配备6个打印头，每个打印头有5280个喷嘴。惠普称，如此多的喷嘴可以为打印机带来更高的生产率和可靠性。 此外，惠普利用其在墨水技术方面的专业知识，开发了一种创新的粘结剂，可以使烧结过程更快、成本更低。在金属注射成型过程中，通常需要烧掉10％以上重量的粘结剂，而新技术的比例不到1％，一个数量级的降低使烧结过程更简单、速度更快、成本更低。 Metal Jet技术原理 通过将这些先进技术相结合，惠普希望将金属3D打印实现与传统技术相当的经济性和生产效率。同时，粘结剂喷射成型技术可能不仅有助于实现金属3D打印的批量化生产，还可能实现环境保护、经济性等可持续发展的价值主张。 大众汽车使用Metal Jet技术3D打印定制的变速杆…

TC4合金具有质轻、比强度高等优点，通过激光选区熔化（SLM）技术制备的TC4金属零部件被广泛应用于航空航天、生物医疗等领域。在TC4合金SLM成形过程中，受到包括激光能量的吸收和传输、材料的快速熔化和凝固、微观组织演化、熔池的流动、材料的蒸发等因素的影响，导致成形热力学和动力学十分复杂，因而在构件内部会形成孔洞、裂纹、杂质等缺陷，这些缺陷严重降低了成形件综合力学性能，限制了激光打印TC4合金的广泛应用。因此，研究TC4合金SLM成形过程中缺陷的形成机制和掌握抑制缺陷产生方法的是提升SLM制备TC4合金零部件性能的关键问题。 近日，上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室在最新研究中，基于X射线CT成像技术，在3D打印TC4合金孔洞缺陷三维表征和形成机理方面取得重要进展，相关成果以“Study of pore defect and mechanical properties in selective laser melted Ti6Al4V alloy based on X-ray computed to mography”为题发表在Materials Science and Engineering: A 期刊上，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139981（已上传QQ群）。 研究概要 激光增材制造技术本质上是金属材料的快速熔化和凝固过程，因此在其成形过程中也会产生和金属铸造过程相似的各类冶金缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等等。在高功率激光束长期循环往复“逐点扫描熔化-逐线扫描搭接-逐层凝固堆积”的LAM过程中，激光束与金属粉末材料的作用时间极短，金属粉末在逐层堆积过程中，不断经历急冷急热的交替过程，其熔化和凝固都处于极端非平衡条件下。主要工艺参数、外部气氛环境、熔池熔体流动状态以及扫描填充轨迹的不连续和不稳定等都可能在零件内部区域产生各种特殊的内部冶金缺陷（如层间及道间局部未熔合、孔隙、卷入和析出性气孔、氧化物夹杂、裂纹等）。这些缺陷的形成在很大程度上会影响最终成形零件的内部质量、力学性能和制件的服役使用安全等。金属粉末材料在SLM过程中成形件内部缺陷的产生始终是制约该工艺发展的重要瓶颈问题之一。 拉伸试样断裂前后的XCT数据重建 该论文采用X射线计算机断层扫描（X-RayComputed Tomography，XCT）无损检测技术对3D打印TC4合金进行全流程“诊疗”，包括TC4原材料粉末、3D打印成形零件以及拉伸试样中孔洞缺陷的精准三维表征。研究了TC4合金的SLM成形过程中孔洞缺陷的三维几何形貌特征，包括孔洞缺陷的三维形貌、空间分布、尺寸大小、比表面积、表面曲率、空间取向等几何拓扑结构，揭示了孔洞缺陷形成机理，建立了孔洞三维形貌特征与形成机理之间的关系。同时探索了不同工艺参数下TC4合金试样内部缺陷的产生规律和形成工艺之间的关系，建立了孔隙尺寸与工艺参数之间的关系模型，并对内部气孔缺陷的产生进行了预测。分析了工艺参数对致密度和力学性能的影响规律，研究了TC4合金SLM成形件缺陷特征、显微组织结构等对力学性能的影响。 注：本文内容来自材料科学与工程，原文已上传qq群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.低成本、高度可重复 | PP（聚丙烯）正被纳入工业3D打印材料体系 2.基于AI的粉末床增材制造逐层异常检测和分类 3.2020年3D打印材料种类超2000种，市场规模将突破20亿美元 4.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化

为了提高金属粉末床增材制造技术的工业可接受度，很多厂家目前推出了在线监测模块来检查制造过程中的异常情况，如刮刀碰撞、粉末铺设不均、飞溅以及孔隙等等。然而，这些实时监控的尝试还没有实现足够的自动化，在分析生产过程中收集的数据方面，还集中于将完成的零件与3D模型进行比较。这种方法确实很简单，但却非常耗时，而且只能识别打印对象中的“一般缺陷”。 来自美国橡树岭国家实验室的研究人员近期开发了一款基于神经网络的程序，它可以对从设计、材料选择、打印到测试的整个过程的每个步骤收集和分析数据，实时评估零件质量。 研究人员使用基于神经网络的程序监视和分析3D打印的组件 该算法的主要优点还在于，它能够以传感器的原始分辨率反馈粉末床的逐层成像数据，并且能够分析和共享多台3D打印机上的数据，实现一个系统能够从另一个系统遇到的打印错误中学习的效果。 研究人员分别在SLM、3DP和EBM三种工艺、不同品牌的九台打印机上进行了实验，证明该算法在定位精度、准确性、计算时间和通用性方面，远远优于以前的算法。 所涉及的打印机和工艺类型包括： 激光粉末床熔融技术：使用一束或多束聚焦激光束选择性地熔化金属粉末。所用设备包括EOS M290、ConceptLaser M2、Renishaw AM250、AddUp FormUp 350、ConceptLaser X-Line 2000R以及SLM Solutions的SLM 280。 电子束粉末床熔融技术：使用电磁控制的电子束选择性地熔化粉末床，相比前者需要在更高温度下工作，所用设备为Arcam Q10。 粘结剂喷射成型技术：通过将粘结剂沉积在粉末床上逐层成型 “生坯”，然后进行脱脂和烧结，所使用的设备为ExOne M-Flex。 值得注意的是，这些打印机所自带的监控设备各有不同，但算法均具有通用性。 在过去十年中，很多设备商和研究机构已经针对粉末床增材制造过程的逐层异常检测进行了大量研究。许多努力集中在开发改良传感方式上，如使用闪光灯来更好地拍摄粉末床、采用条纹投影技术来恢复深度信息以及采用高分辨率扫描仪等等。但是，开发成像系统只是挑战的一部分。对于用户来说，无论采用何种数据源，都应该可以自动检测异常，才能满足应用端对质量和过程控制的需求。 体系结构的图形表示 此前关于异常检测和分类的方法有明显的局限性，如粗大的异常定位分辨率、极少的异常类别以及缺乏对其他粉末床工艺的通用性。ORNL的深度学习算法基于神经网络动态识别，（知识补充：在计算机视觉领域，目前神经网络的应用主要有图像识别，目标定位与检测，语义分割。图像识别就是告诉你图像是什么，目标定位与检测告诉你图像中目标在哪里，语义分割则是从像素级别回答上面两个问题）能够满足几个关键要求： 1. 模型预测和异常分类必须足够快地反馈，以提供实时信息，即使使用的是高分辨率相机。 2. 语义分割必须始终在成像传感器的原始分辨率下逐像素实现（语义分割更详细的可以解释是从像素的角度分割出图片中的不同对象）。 3. 由于任何一台单独机器的训练数据都可能受到限制，因此从一台3D打印机器获取的数据知识必须能够在完全不同的粉末床机器和成像系统之间跨技术快速转移。 4. 该算法必须自然地支持来自多个成像系统或其他空间相关的感应模态的数据融合。 实际打印零件和深度学习算法检测到的异常对比 是否采用共享学习下的铺粉效果和灰尘识别对比 测试的结果令人满意，实现了以下几个目标： 1. 在台式计算机上，分层分割时间为0.5s-2.4s，结果反馈的速度足够快，可以实时分析所有已探查机器类型的现场数据。 2. 在每个成像系统的原始分辨率下，可以按像素提供异常分类，定位精度往前迈进了一大步。 3. 该算法已成功在九种不同粉末床3D打印机上进行了演示，这些机器涵盖了三种不同的技术。此外，探索的成像系统包括可见光、中红外和近红外相机，有效分辨率范围为20μm至290μm。重要的是，所开发的深度学习算法允许在不同的粉末床机器之间无缝传输学习的知识，从而减少了与每个单独机器相关的数据收集和手动数据标记负担。 此外，研究人员发现新型的深度学习算法在异常类别的鉴别方面相比以前的算法实现了更低的误报率，七个类别中的四个类别的误报率下降了25%以上。此外，逐层分类的时间减少了12倍，而改进的定位能力和融合后图像的加入可以识别更多类型的缺陷。 ORNL已使用其算法来优化3D打印反应堆的生产 不过，该算法对于不同工艺之间的转移学习的预测准确性还有待提高。该团队评估了GE Additive ConceptLaser M2和ExOne Innovent系统之间共享的数据后，算法在缺陷识别遗失率方面的表现，发现共享过数据的系统的缺陷遗失率是未共享数据系统的16％。这表明训练确实起到了作用，但这种效果还不足够好。使用Arcam Q10增材制造系统打印的零件的真实孔隙率为78.4％，但是如果对图像进行分析，孔隙率则会上升至89.5％。 该算法的性能在很大程度上取决于其输入数据，如果捕获的图像不能清楚的展现打印部分的异常，则该软件不太可能被标记出来。 但无论如何，ORNL基于神经网络动态识别的算法在增材制造过程实时监控方面确实取得了非常大的进步。随着监控系统的发展，研究人员能够将图像数据与来自其他来源的数据(如打印机的日志文件、激光系统和操作员注释)组合在一起，可以更好的识别零件缺陷，并跟踪和评估所有零件的统计信息。 注：研究原文非常详实，内容已上传QQ群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.使用EOS光学层析成像代替无损检测保证增材制造部件质量 2.西空智造推出国产金属3D打印在线监控系统 3.GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化需须受益于人工智能 4.金属3D打印质量的有力保障——过程监控技术  

关键词：高度可重复，价格比PA12便宜，性能相近。 聚丙烯简称PP，是一种性能优良的半结晶聚合物，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，是世界上生产量第二大的商品塑料，在机械、汽车、电子电器、医疗器械、建筑、化工容器等众多领域具有广泛应用。 PP的优异性能决定了它会是理想的选择性激光烧结材料，尤其是其低廉的价格，使其在SLS领域极具市场价值。然而现实却是尼龙材料一直占据了聚合物工业3D打印的主导地位，我们在主流SLS设备及服务生产商的材料清单中根本找不到PP的身影。 01 聚丙烯激光烧结工艺存在的问题 在选择性激光烧结技术中，针对半结晶聚合物粉末，烧结窗口是一个极其重要的参数，烧结窗口宽窄即为熔体到固体的结晶相变过程的长短，决定了材料本身对预热温度的敏感性。烧结窗口越宽，对预热温度敏感性越低，意味着发生翘曲和收缩变形的概率就越小；反之，烧结窗口越窄，发生翘曲和收缩变形概率就越大。 烧结窗口窄是半结晶聚合物一大特性，进一步而言，烧结翘曲和形变收缩容易造成烧结具有复杂结构的不同制件或者同一制件的不同结构部位时容易产生应力不均，导致烧结制件性能下降。PP就是这样一种烧结窗口极窄的半结晶聚合物，有研究介绍PA12新粉的烧结窗口可以达到24℃[1]，而PP原料粉不到15℃[2]。 PP和PA12的DSC曲线显示出两种粉末的烧结窗口差异 这意味着PP分子链从熔融状态进入结晶状态的时间很短，大部分分子链来不及实现从无序到有序排列，当温度降低到固化温度时，取向排列被强制终止，造成烧结件的翘曲和体枳收缩较大，从而造成打印失败。 具有较宽的烧结窗口是表征高分子聚合物粉末在SLS性能方面最重要的参数之一，对烧结成型具有极为重要的指导意义，因此对PP粉末进行改性，拓宽烧结窗口也成为各方努力的方向。 02 EOS基于激光烧结的改性PP粉末 2017月，德国3D打印材料生产商Advanc3d Materials推出了AdSint PP flex，一种用于激光烧结的聚丙烯3D打印粉末。据介绍，该材料有“卓越的可塑性、高伸长率（29％）、低吸湿性和耐用性”。其回收率可达80-100％，与尼龙相比具有重要的成本优势。重要的是，该材料在多款SLS设备上打印成功。该公司在2018年被巴斯夫收购，后者推出了用于激光烧结的Ultrasint® PP nat 01。 巴斯夫PP粉末打印的产品 2018年，eos推出了PP 1101，官网可以查询到其抗拉强度为27MPa，在与PA12的对比中可以看到，聚丙烯的打印件具有更好的耐腐蚀性。 2020年1月，万华化学推出WANFAB® PP700N改性聚丙烯粉末。据称，该材料具有球形度高、粒径适中和粒径分布窄的特点，可有效解决翘曲变形问题，打印精度高；制品断裂伸长率可达20%，韧性较好。此外，特殊的助剂组合使得PP粉末具有出色的热稳定性，可多次回收使用，大大降低打印成本。 不同厂家出品的PP粉末打印性能 此外，在笔者查询资料的过程中发现，国内有单位利用高温诱导结晶法，成功将PP粉的烧结窗口拓宽至50.3摄氏度，同时优化了颗粒大小、形貌和熔体粘度，使之更加适用于SLS领域。 可以肯定的是，PP粉末确实引起了世界领先的化工公司以及3D打印制造商的兴趣，该材料的高重复使用性能在一定程度上能够缓解对尼龙材料的过度依赖。然而需要注意的是，截至目前仍然难以查询到PP粉末激光烧结的应用案例，即便是EOS在国内也没有过销售，在国外虽有用于汽车行业，但案例却不能公开。目前市售的改性激光烧结用PP的真实打印稳定性还需要更多时间去证明。 03 基于工业FDM的颗粒料聚丙烯 实际上不仅是采用激光烧结在打印聚丙烯时存在问题，采用FDM工艺也并不是那么容易。由于PP的收缩率较高，在打印过程中需要对原有打印设备做特殊改造，如底板温度、环境温度、喷嘴温度、底板材质等都需要根据PP特性做相应调整。因此，基于FDM技术的PP材料工业化应用并不简单。 近日，大幅面、高速3D打印机制造商Titan Robotics与巴西石油公司Braskem共同宣布推出了适用于工业3D打印的新型聚丙烯树脂。两家公司通过对新材料进行改性、调整结晶性，使其在打印过程中具有更强的层间结合力和较低的变形量，克服了传统PP在3D打印过程中遇到的挑战。 颗粒料PP打印过程 值得注意的是，Braskem曾与EOS子公司Advanced Laser Materials合作，并在此基础上推出了其首款PP材料。Braskem与Titan Robotics的合作则在2019年开始，目的即为解决聚丙烯在进行大型零件3D打印过程中遇到的挑战。Titan Robotics的Atlas-H系列打印机可以每分钟30,000mm的速度进行打印，这为PP材料在汽车、存储、化学和天然气领域的广泛工业3D打印应用提供了可能。 04 惠普基于MJF技术的PP粉末 今年6月，惠普联合巴斯夫推出了基于多射流熔融技术的新型高可重复使用的聚丙烯3D打印粉末。这种通用性强、且耐化学腐蚀的材料已通过惠普3D打印系统的认证，可在性能和成本之间实现平衡。 采用惠普MJF技术打印的PP材料车门除霜器通风口 惠普将聚丙烯PP材料视为其MJF 3D打印技术发展的新里程碑，因为PP的成本要比目前最常用的材料PA12低很多，最高可节省30%的花费，并且性能优异。为解决普遍存在的打印翘曲变形问题，惠普花费了大量精力来研究MJF技术与PP材料的适配性，通过与巴斯夫的合作，推出的新型PP粉末具有与注塑成型零件相同的性能，且可重复利用。 采用惠普MJF技术打印的PP材料风道 目前，聚丙烯已成为惠普公司产品组合中价格最低的材料。惠普通过跨界合作成功打印了汽车部件以及专业家电和工业机械零件，未来可能会涉足医疗、外包装等行业的应用。 05 结语 总结来说，业界看中PP的原因主要有三点：相比PA更低的成本、高重复利用性以及相近的工程特性。传统聚合物粉末材料的再开发与新型聚合物粉末材料的研发都依赖于粉末材料的制备工艺，这也是当前SLS成型领域的研究重点。PP作为传统通用型高分子聚合物，在SLS领域具有极高的应用潜力。 本期参考（已上传）： 激光选区烧结尼龙 12 的热氧老化机理及其微观结构、性能的研究 注：本文内容应审慎参考，谢绝转载至微信以外平台。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.EOS与惠普的批量化制造技术之争：LaserProFusion与MJF 2.惠普多射流熔融技术与激光烧结技术谁优谁劣，该如何选择 3.惠普：粘结剂喷射技术用于 TPU 3D打印与SLS对比 4.HP与Stratasys : 全彩3D打印 , 谁更具优势