3D打印技术参考注意到，于1月28刊发的最新一期nature，再增加一篇与3D打印技术相关的研究。来自苏黎世联邦理工学院和新加坡国立大学的联合团队发表了题为“Optofluidic three-dimensional microfabrication and nanofabrication”的文章。主要研究人员，有多位中国/华裔学者。 该研究提出了一种融合双光子聚合3D打印与光流体组装的新型微纳制造策略，它突破了传统3D打印技术在材料选择上的局限，为实现多材料、多功能、真三维微纳结构的自由制造，提供了全新方法。 研究背景 文章指出，3D微加工技术能够制造各种功能性微尺度器件，如微型机器人、微型致动器、微米级超材料和微光子/纳米光子器件等。双光子聚合3D打印技术（2PP）凭借其高达100nm的高分辨率、简便的制造工艺以及打印复杂自由曲面3D微结构的能力 ，已成为最先进的3D微加工/纳米加工策略。但2PP技术在材料兼容性方面仍然高度局限于可交联聚合物。当前虽有很多多数研究想拓展到无机材料，但存在很多限制，要实现广泛的材料兼容性就更加困难。 为了克服这些材料局限性，直接组装材料构件已被证明对构建三维微结构/纳米结构非常有效。其中，光学组装是一种极具吸引力的构建复杂材料组装体的策略。它利用非特异性的光-物质相互作用（如光梯度力和光控电场或温度场）来捕获悬浮在溶液中的微粒/纳米颗粒。然后，可以将捕获的颗粒逐个输送并定位到指定位置，从而实现高精度的单颗粒组装。然而，现有方法大多局限于二维结构构型，且组装效率较低，通常在10–1000个颗粒/分钟的量级。更重要的是，建立一个具有更广泛材料适用性的通用光学组装平台仍然具有挑战性。 微尺度制造组合策略 在这项研究中，研究人员提出了一种双光子聚合3D打印微模板+光流体组装的组合制造方法，能够实现多种材料的兼容。 具体地说，首先利用双光子聚合工艺在玻璃基板上3D打印一个带有开口的3D空心聚合物微结构（如立方体），作为3D微模板。然后，将打印好的模板浸入含有均匀分散的纳米颗粒（或微米颗粒）的溶液中。接着，在模板开口附近施加光束直径为2µm的飞秒激光，产生陡峭的温度梯度，从而诱导强烈的对流（速度可达数毫米/秒），推动分散的颗粒向开口移动。最终，这些颗粒被输送到空心微模板内部并逐渐积累，最终组装成模板预设的3D形状。 a.光流控三维微加工/纳米加工工艺示意图；b 、c ，SiO₂胶体粒子组装的微立方体的SEM图像；d 、e ，由SiO₂粒子组装而成的具有三维曲面的悬垂羊角面包状微结构的SEM图像；f ，模拟结果显示了飞秒激光加热后空心微立方体周围的温度分布和流体流场。图 g为示意图和延时光学图像，展示了空心微立方体内SiO₂纳米粒子的组装过程。 组装完成后，通过合理的后处理方法选择性地去除聚合物模板，从而得到完全由目标材料构成的独立式三维微结构。研究人员展示了他们制备的由SiO₂纳米颗粒随机组装而成的实心微立方体，组装效率约为10⁵个颗粒/分钟，相比传统方法，效率提升了不止一个数量级。所得三维微结构具有很高的结构完整性，这些三维结构能自支撑并具有良好的机械稳定性。研究人员成功制造出了具有复杂3D曲面的悬垂羊角面包形状的超结构，进一步证明了该技术的可行性。 文章指出，3D打印的模板在实现确定性三维制造中起着至关重要的作用：它定义了整体几何形状，确保了清晰的边缘和对称性；引导光流体流动，从而可重复地填充复杂体积；并通过制造不同的三维结构，提供了设计的灵活性。 与多种材料广泛兼容 论文提到，该组合策略在构建复杂的三维微结构方面具有优势，能够利用各种微材料/纳米材料，而无需考虑其形状、尺寸和表面化学性质。 他们成功地利用多种纳米材料组装了微立方体，包括TiO₂纳米线、金刚石纳米颗粒、Fe₃O₄纳米颗粒、WO₃纳米线、Al₂O₃纳米线、Ag纳米颗粒和CdTe量子点。 与多种微材料/纳米材料具有广泛的兼容性：SiO₂、TiO₂、金刚石纳米颗粒、Fe₃O₄、WO₃、Al₂O₃、Ag和CdTe 借助精确的空间控制和广泛的材料适用性，可以构建空间编码多种功能材料的微结构，因此该技术在开发具有按需功能的微器件方面具有潜力。作为概念验证，研究人员展示了具有针对微小物体定制分离能力的微流控芯片、具有多模态运动的多场驱动微型机器人。 按需构建多功能微器件 END 总的来说，2PP技术虽能制造三维微米或纳米结构，但材料的选择存在局限。将3D打印与其他领域常用方法相组合的制造策略，克服了这一局限，能够制造金刚石、金属、金属氧化物、量子点等在内的多种材料的三维微结构或纳米结构，因此它为先进材料创新和微型器件开发开辟了新的机遇，也为胶体机器人、微光子学/纳米光子学、催化和微流控等领域的广泛应用提供了新可能。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

美国能源部下属国家研究机构劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家们最近的一项研究表明，3D打印金属的性能可以在制造过程中进行精确调整。研究团队通过改变打印高熵合金时的激光扫描速度，揭示了冷却速率如何影响金属凝固过程中的原子结构。研究结果表明，无需进行后处理或合金重新设计，即可通过工艺参数直接调整材料性能。 研究结果直接解决了金属3D打印材料性能不确定造成的主要应用障碍，有助于这项技术获得更广泛的应用。 金属增材制造可预测面临的挑战 金属增材制造技术虽然能够制造用于航空航天和国防领域的复杂形状部件，但由于材料性能难以预测，因此仍旧难以被大胆用于对性能要求高的关键应用中。打印过程中快速的熔化和凝固会形成非平衡的微观结构，即使在相同的标准工艺参数下，也会导致强度、延展性和断裂韧性出现显著差异。 劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）指出，高熵合金包含多种主要元素而非单一基体金属，因此比传统合金具有更广阔的设计空间。其复杂的化学成分使其能够展现出广泛的力学性能，但也使其对打印过程中的热历史高度敏感。因此，冷却速率的微小差异就可能显著改变原子排列和最终性能，进一步加剧了可预测性的挑战。 马萨诸塞大学团队制备出兼具超强强度和高延展性的高性能纳米结构合金 利用激光速度对原子结构进行编程 为了研究工艺参数如何影响材料性能，由LLNL领导的研究团队将热力学建模与金属增材制造的分子动力学模拟相结合。研究人员分析了激光扫描速度如何影响凝固过程中的冷却速率，进而影响原子在成分复杂的合金中的排列方式。 结果表明，更快的激光扫描速度会提高冷却速率，从而限制原子重排成低能构型的时间，这使得材料锁定在非平衡原子结构中。较慢的扫描速度则允许更多的原子重排，从而产生更接近热力学平衡的结构。 这种工艺级控制能够直接在同一合金体系内实现强度和延展性之间的调控。快速冷却可提高强度，但会增加脆性；而缓慢冷却则可获得更均衡的力学性能。该方法无需改变合金成分，只需修改单个打印参数即可调整性能。 利用增材制造技术高通量合成Mo-Nb-Ta-W高熵合金 “我们现在已经能够有效地设计出充分利用增材制造特性（例如极快的冷却速度）的新材料，”副组长托马斯·沃辛说道。 不同冷却速率下快速凝固的AlCrFe2Ni2高熵合金的室温截面图（300 K）下，冷却速率分别为10K/ps, 5K/ps，0.1K/ps，0.01K/ps.蓝色、绿色和白色球体分别对应BCC、FCC和非晶原子。中央方框代表初始晶格，作为BCC结构（以蓝色球体表示) 尽管LLNL的研究表明，在金属增材制造过程中，可以通过控制激光扫描速度来影响原子结构，但这些发现是基于高熵合金的热力学建模和分子动力学模拟，尚未在经过认证的大规模零件生产中得到验证。尽管如此，这项工作表明，工艺参数可以作为有意设计的手段来影响材料性能，而不是将微观结构变化视为不可避免的结果。 性能可调控在应用中至关重要 在金属增材制造过程中调整机械性能的能力解决了该领域面临的一个根本性难题：最终用途零件性能的不确定性。在航空航天、国防和能源等领域，工程师无法基于各种可能的材料结果来设计或认证零件。机械性能必须预先确定，才能满足认证、安全和可靠性要求。然而，传统的金属增材制造工艺往往会产生微观结构差异，因为热流的微小变化就可能导致原子结构的巨大差异。 通过增材制造制成的高熵合金 近期的研究反映出学界正努力减少这种不确定性。研究表明，激光粉末床熔融过程中的冷却速率会影响晶粒结构、韧性和耐腐蚀性；而其他研究团队则开发出一些工具，可以通过调整激光功率和扫描策略来预测和影响镍基高温合金的微观结构。这些方法旨在使打印材料的性能与设计意图相符，但通常需要进行大量的参数优化或针对特定合金的调整。 3D打印技术参考查询到，LLNL的这项研究以“Unravelling Microstructure Selection in an Additively Manufactured Eutectic High-Entropy Alloy”为题发表在Advanced Materials。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

3D打印技术参考注意到，空客公司于近日官宣将采用钛合金3D打印技术引领飞机制造行业。其指出，未来客运飞机上的承力和易疲劳部件，将采用增材技术层层制造出来，而不是像以前那样采用减材技术切割下来。多年以来，空客公司为实现这一目的已经进行了积极准备，这一目标正逐渐成为现实。 空客特别提及了基于金属丝材的定向能量沉积3D打印技术（w-DED）。该技术使用多轴机械臂、钛丝，以高精度移动。能量源以激光、等离子或电子束为主。3D打印过程中，能量源聚焦到钛丝上，瞬间将其熔化，并逐层熔合到表面上。 从技术形式上，它类似于焊接，但以3D模型为指导，从“无到有”地打印出物体，形成所谓的“毛坯”。这个毛坯看起来非常接近最终所需的形状，即“近净成形”，随后进行减材加工，使其符合零件设计的精确尺寸。这种钛合金增材制造技术与传统的减材制造方法（例如板材加工或锻造）相比，能够以更少的材料浪费制造飞机结构件。 采用能量沉积工艺3D打印大型客机零件 空客指出，虽然金属3D打印技术在航空航天领域已经应用了大约十年，但采用的主要的工艺类型是激光粉末床熔融（LPBF）3D打印技术，而且所制造得了零件尺寸多为500mm左右的小尺寸零件。 但空客在十年前就畅想要使用3D打印技术制造整个机身，使用LPBF技术就是再盼20年几乎也不可能实现。而能量沉积技术则不然，它能够制造大型复杂零件，已经有大量的公开展览和宣传公布了激光DED技术在飞机主承力结构中的使用。 空客早期使用LPFB金属3D打印制造的拼接功能组件 王华明院士送粉DED技术3D打印的大型框梁结构已在飞机上获得应用 空客指出，基于丝材的DED技术使其能够从打印小型零部件扩展到制造长达7米的大型钛合金结构件。这项新工艺比粉末床3D打印更快，将产量从每小时数百克提升至每小时几公斤。这一飞跃有望使3D打印技术在商用飞机大型结构件的工业化、大批量生产成为可能。 有助于减少钛原材料浪费 为什么要关注钛？钛金属因强度高、重量轻以及与现代碳纤维复合材料结构的兼容性（例如耐腐蚀性、相对膨胀系数和其他性能）成为飞机制造的关键材料。但是，钛合金也是一种高价值原材料，因此节约钛资源至关重要。 传统基于锻造工艺制造钛合金材料，须进行减材加工才能获得最终零件，该过程会产生大量“废料”。在飞机制造行业，通常会通过“买飞比”来衡量，即采购的原材料数量与飞机上实际使用的原材料数量之比。在传统工艺中，钛合金的浪费量达到80%-95%。 空客DED制造的近净成型大型零件 挪威钛等离子沉积3D打印钛合金 采用3D打印技术，此类浪费大多从源头上得到避免。这是因为零件“生长”成的形状已经非常接近最终设计（“近净成形”），因需要加工去除的材料极大减少。 为飞机研发带来灵活性 传统的模锻工艺需要制造大型复杂的模具，耗时长达两年，且前期需要大量资金投入。相比之下，3D打印零件的形状由计算机程序决定，将交付周期缩短至短短几周。3D打印技术的灵活性将直接助力首架研发飞机的成功和及时建造，尤其是在最终详细部件设计还需要调整和优化的阶段。 在此方面，我国C919大飞机的研制提供了一个典型案例。王华明院士曾在2022年的《院士开讲》等栏目中透露，C919机头主风挡窗框也是3D打印的。这个部件结构复杂、尺寸很大。但是当时国内的飞机制造厂用传统方法无法做出，只有欧洲一家公司能做出来，但要花2年、200万美元才能制造，这个代价可以说是相当昂贵的。如果依赖这家欧洲公司，就会导致C919成本急剧上升，性价比和竞争力无法与空客和波音相比。而且，国产大飞机的研发进度紧迫，无法耗费两年时间等待一个窗框。 2009年，王华明院士和他的科研团队在接到任务后，仅耗时55天就完成了窗框的设计，完全符合原始图纸，顺利保障了我国大飞机的研发进程；同时，其总费用甚至不到200万元人民币，极大节约了研制成本！ 空客A350生产的首次验证 空客近期已开始将大尺寸的DED 3D打印部件批量集成到A350的货舱门周围区域。这些用于探索阶段的专用部件采用等离子金属丝材DED技术进行3D打印，经超声波检测，最终在空客工厂完成加工和安装。 DED首批下框架交付 这些部件在功能和几何形状上与它们所替代的传统锻造部件完全相同，但却能立即带来实实在在的成本节约。 空客的下一个目标是从A350 DED 3D打印部件入手，逐步将其推广到其他项目和其他飞机（包括长远来看的机翼和起落架）更关键的应用领域。 起飞过程起落架工作情况 重要的是，这项技术实现了“面向分布式能源设计 (DED)”的概念。工程师们不再需要将复杂的组件设计成多个独立部件，然后再将它们组装在一起，而是可以将其设计成一个单一、精细且优化的组件，并一次性打印完成。这种将多个组件合并为一个的优势将简化供应链，减少组装人工，缩短生产周期，并充分释放下一代3D打印客机的潜力。 空客未来飞机概念设计 如今，空客及其合作伙伴正积极推进关键部件的定向能量沉积技术经验积累，并取得了令人瞩目的成果。工程师们正在测试各种能源，包括等离子体、电弧焊、电子束和激光束，同时评估“外购”（外包打印）和“自制”（内部完成）两种策略。此外，由于这项技术以空客集团层面的统筹方式进行管理，最终成果将成为行业标准，并在整个公司范围内得到应用。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#空客 #3D打印

2026年1月10日，人民日报再度报道了我国3D打印航空发动机飞行试验的消息，这是半年以来第三次获得官媒报道。研制单位——中国航发湖南动力机械研究所，在去年12月举办的中国增材制造产业年会现场，公布了关于KP16-3D打印发动机项目截至到当时的时间线： ➡️ 2025年7月1日，在内蒙古完成了首次挂飞试验，试验验证发动机的基本运行性能和稳定性，挂飞持续20分钟，最大飞行高度达到海拔4000米，发动机全程稳定工作。 ➡️ 2025年11月9日，在陕西定边县完成了首次单发飞行试验。本次飞行时长30分钟，最大飞行海拔高度6000米，最大飞行速度0.75马赫。 ➡️ 2025年12月9日，在陕西定边县完成了第二次单发飞行试验，飞行时长30分钟，最大行海拔高度提升到9000米，最大飞行速度0.76马赫，发动机全状态工作各项参数无异常。 值得注意的是，中国航发官方在1月24日对发动机的研制过程进行了报道。报道指出，这台发动机于2021年就开展了首次点火试验并取得了成功，但发动机研制如同攀登险峰，每当试验因故中断，便是新一轮战斗的开始。 下台分解、检测分析、定位故障、优化设计……在这一次次的分析与改进中，发动机先后完成零部件强度寿命试验考核，实现转速达标、性能达标，完成发动机整机任务化持久试车，为发动机的飞行试验打下了基础。 中国航发，公众号：中国航发群星闪耀航发丨九霄之上显锋芒——记中国航发动研所3D打印极简轻质微型涡喷发动机研制团队 发动机挂飞实验（来自中国航发公众号 密集测试显示重要意义 从时间线可以看出，我国在半年内完成了至少三次实际飞行试验，尤其是最近的几次试飞，间隔短至一个月，表明技术迭代、工程验证的速度非常快。 这意味着项目团队已经建立起了一套非常高效的“设计-制造-测试-优化”研发闭环，以实现产品定型和量产。同时也代表我国在该领域正在快速经历从无到有、从有到能用、从能用到更强、再到更稳定使用的发展路径。 该项目的负责人——中国航发动力研究所总师办主任米栋在雄安增材制造产业年会上描述了一件很有意思的经历，这款发动机曾亮相去年11月举办的迪拜国际航空展，国外相关领域的一用户就提出想看真机的想法，但当工作人员指出这就是真机时，对方却强烈质疑。就3D打印航空发动机的国际进展来说，我国目前当之无愧的处于领先地位。 发动机基本情况介绍 该发动机的名称为KP16-3D打印极简涡喷发动机，是中国航发动研所为满足国内外中小型无人机用户对动力的需求，通过融合多学科拓扑优化和3D打印技术，研制的一款轻质、高推重比160公斤推力级涡喷发动机。发动机零部件集成度高，且全机超3/4重量(含所有核心零件)采用3D打印制造。 发动机重要部件已通过强度、寿命试验考核，其中工作条件最恶劣的核心关键件——涡轮叶片盘三个试验件均通过了3万次以上低循环疲劳寿命考核，具备装备长寿命发动机的能力。发动机实现了转速和性能达标，整机寿命试验表明，最大无故障使用时间达设计寿命的1.5倍，能在一千余摄氏度温度和五万余转/分转速下稳定工作，综合性能指标达到同尺寸量级涡喷发动机国际领先水平。 工程化应用的难度在哪里 米栋指出，与打印普通产品相比，用3D打印技术制造航空发动机，难度指数级增长，需要跨越“消费级制造”与“极限工程制造”的鸿沟。 从材料看，航空发动机使用高温合金，此类材料硬度高、难熔化、冷却收缩率大、成分复杂，打印后极易变形开裂；从精度看，普通产品精度要求相对宽松，而航空发动机关键零件的精度不能有丝毫偏差；从性能看，普通产品仅需承受轻微外力，而航空发动机涡轮叶片要在手指大小的尺寸上，承载一辆轿车的重量，还要抵住千万次交变载荷冲击，不能产生微小裂纹，对性能要求极高。 发动机单发飞行试验（来自中国航发公众号） 每次飞行结束后，项目团队都要对发动机进行全面分解检查，包括所有零件状态是否正常，有没有出现任何破坏或失效的情况。 中国航发动力研究所结构强度研究部副部长钱正明指出，3D打印虽有一体化成型等优势，但也失去了传统连接零件的摩擦阻尼效果，发动机振动显著增大。为攻克难题，研制团队创新提出‘多学科拓扑优化设计技术与3D打印制造技术深度融合’的思路，攻克了一系列关键技术卡点。” 通过不断飞行试验，可以充分验证发动机在高空复杂环境下的可靠性，不断检验发动机与飞行器的适配性，为后续技术迭代和应用推广奠定基础。作为全球首款经过高空高速试验考核的整机级3D打印发动机，KP16填补了国内技术空白，也为国产高端制造绕开国外传统制造壁垒，实现换道超车提供关键路径。

在2026年1月23日至25日正在举办的北京国际商业航天展览会上，希禾增材所展示的产品引起了大量围观。该公司工作人员许琛，向3D打印技术参考介绍了该公司面向商业航天的绿激光金属3D打印解决方案。 许琛提到，希禾增材特别强调连续单模绿激光在选区激光熔化3D打印工艺中的应用。其母公司公大激光，在国内率先推出了高功率绿光光纤激光器，填补了国内产业链空白。希禾作为全资子公司，承担了将绿激光引入金属3D打印领域的角色，缩短了我国在该技术领域与国际同行的差距，并逐步实现了全球引领。 目前，该公司已经部署了超百台3D打印设备，建立了当前全球最大的铜金属3D打印中心，初步建立了绿激光3D打印生产能力。从所展示的信息可以看出，该公司或已承担大量制造服务，相关业务涉及高性能散热器件的制造。 除面向高校科研、批量生产的XH-M160G、XH-M350G、XH-M450G装备之外，希禾推出了具有大尺寸零件制造能力的XH-M660G，它能够适应商业航天领域对大型热端动力部件等的制造需求。 3D打印技术参考查询到，该装备的打印高度可达1.2米（不含基板厚度），采用四台绿激光、双向铺粉技术。该装备也是业内首台配备高功率绿激光、打印尺寸达米级的金属粉末床3D打印机，专为航空航天等超大部件的制造设计，打印效率较传统工艺显著提升。 除设备方案之外，希禾还展示了针对商业航天领域的3D打印应用案例，体现出该公司绿激光铜材料高质量3D打印制造能力。以所展示的推力室为例，其内置大量流道，一体成型，制造时间超过170小时，体现出设备具备长时间稳定运行的能力；零件的粗糙度达到Ra6.3μm，零件的侧表面和下表面粗糙度也能满足客户要求。 许琛提到，如果配合后处理，还可以达到更高的表面质量。传统上此类推力室会用到扩散焊和电铸制造技术，但3D打印可直接一体成型，没有焊缝，极大缩短了生产流程，并提高了产品的可靠度。 实际上此次商业航天展，希禾增材所展示的相关案例还是有些保守。3D打印技术参考在2025年TCT亚洲展发现，该公司的部分推力室展示部件的高度达到了米级，体现出了这项技术的震撼之处。 除了面向商业航天的装备及应用案例展示，希禾增材还带来了其在热管理领域的解决方案。铜材料+tpms结构+3D打印一体成型，为高端散热器件创新带来了新的革命，行业需求极为旺盛。 绿激光技术作为具有优势的3D打印技术，也被各方用户广泛关注，这也是其近两年快速发展的原因，而百台3D打印设备中心的建立则是需求旺盛推动的结果。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

金属3D打印控形控性技术研究似乎是一个永恒的、又好像是一个比较老的话题，它的理解差异在于怎样理解控形控性。在同一部件的不同部位或表面上局部改变微观结构、相组成和金属间化合物，实现局部所需的热和机械性能，是可能的理解方向之一。 这种制造特点有着明确的应用场景，本文内容将以案例讲述，并介绍多体积可变激光能量密度（MV-LED）控制技术，后者能够实现金属合金的微观结构编程。 局部性能调控需求 以火箭发动机为例，其在稳态运行期间，燃烧室衬里是材料科学领域最具挑战性的几何结构之一。这些薄薄的表面（厚度小于2毫米）将温度约为100K的液态低温推进剂（在冷却通道中流动）与温度超过3000K的燃烧室隔开。冷却通道内的压力超过100bar，加上材料所承受的热循环，导致了一种特殊的基于温度塑性变形的现象，称为低周热疲劳（LCTF），它是火箭发动机的主要失效模式之一。在这种热疲劳中，循环变形是由于火箭发动机稳态运行期间交替加热和冷却过程中产生的温度梯度，导致固体内部受限的差异热膨胀而产生的。因此，必须对衬里的微观结构和冶金性能进行特殊处理，以确保其在稳定的循环条件下保持性能，避免因运行时间和循环次数的变化而改变。 GRCop42，是NASA专门为航天发动机制造开发的高端3D打印铜合金，它在高温下表现出优异的导热性和耐蠕变特性。该材料在3D打印和后处理过程中若能进行正确的“微观结构编程”，则可获得近乎稳定的力学和热学性能。相反，镍基合金在火箭发动机运行引起的热循环以及启动和关闭的剧烈瞬态过程中，其微观结构会发生改变。 多体积激光能量密度控制技术 3D打印技术参考注意到，西班牙公司AENIUM开发了一种基于激光的创新方法——MVLED技术。该公司表示，这项技术能够通过控制冷却比中的热梯度，对激光能量密度算法进行编程，从而逐体素地精确定义零件的微观结构。利用这种方法，可以根据应用需求和合金类型，在单个零件上改变其机械、热学和电学性能。 通过这种方法，可以生成或稀释金属间化合物，并显示或隐藏某些相或微观成分，从而能够利用动态控制的多个工艺参数来构建零件，这些参数可应用于需要改变其机械/热性能的特定区域或表面，从而在热处理、热等静压（HIP）和后处理之前，对不同的材料特性进行突破性的精确控制。MVLED技术取得的部分成果包括： 疲劳极限（最大变化幅度为 52%） 弹性模量（变化幅度高达 50%） 断裂伸长率（变化幅度高达 43%） 热导率（变化幅度高达 42%） 硬度（变化幅度高达 38%） 夏比冲击强度（变化幅度高达 26%） 蠕变（冷流）（变化幅度高达 25%） 比重（偏差不超过10%） 脱气限值（TML）（最大偏差6.0%） Ampudia表示：“根据合金的不同，M-VLED技术能够让我们逐体素地精确控制零件的屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率、导热系数、硬度、表面粗糙度、残余应力等多个参数。这项技术的优势在于能够产生热桥效应、非导电外壳、不同的LCTF行为，减少部分后处理工作量，并控制零件的残余应力。” 基于对GRCop42合金的深入研究，他们定义了微观结构及其后续的零件性能，在不引入孔隙的情况下，实现了特定区域和特定表面的性能变化。” 将MVLED技术集成进3D打印过程 Aenium公司将MVLED技术集成进了EOS金属3D打印机中，并制造了具有局部性能调控的GRCop42铜合金气动尖锥发动机。整个制造过程涉及： LPBF过程中的微观结构管理和激光控制 硬件改造和特殊工艺条件 原材料质量和处理 密集的后期处理 LPBF工艺引入了众多工艺变量，这些变量决定了最终零件的冶金性能。这些变量包括气氛、能量密度、冷却比、扫描策略、流变学和粉末特性。对所有这些变量的精确控制决定了工艺结果。通常，工艺稳定性会因区域或成型平台位置的不同而变化。这给应用M-VLED工艺控制微观结构带来了挑战。众所周知，气体流动分布在整个成型平台上并非100%均匀——在大尺寸LPBF设备中尤其明显——而且由于光学元件和激光模块的寿命，激光变量在成型过程中也会发生轻微变化。 为了应用M-VLED技术，这些因素需要进行精确的实时测量和控制，从而实现对涉及的多个参数和零件区域的精确控制。通过激光和光学器件提供的能量密度，实现了高冷却比，最终决定在腔室内使用氦气进行制造工艺验证。结果表明，与氩气气氛相比，氦气气氛能更好地控制Cr2Nb析出元素，从而获得更佳的结果。 为了避免首层打印出现问题，工程师对构建平台进行了精确研究，并利用一个特殊平台实现了更佳的热控制和热分布。构建平台上的粉末分布及其流动性也带来了一些挑战。他们还测试并优化了颗粒分布，最终通过不同批次的实验确定了最佳参数。即便如此，通过改进铺粉系统以提高流动性，并采用热处理，仍然获得了最佳结果。而这些改进旨在提高工艺的稳定性和均匀性。 尽管预处理和增材制造工艺非常重要，但对发动机这样的应用还需要精确的后处理。一个重要的挑战在于，如何在大量的后处理之后仍保持所需的微观结构。以GRCop42铜合金气动塞式发动机为例，其在打印之后，可能会涉及到高压循环、热循环以及其他化学和电化学方法来处理流道和喷嘴的粗糙度。 END 比较遗憾的是笔者并未查询到Aenium公司MVLED技术更多的细节，但这种能量控制技术似乎与EOS公司的Smart Fusion技术类似，能在制造过程中智能管理热量分布。热量的管理就是通过调整激光参数来实现，笔者也曾与EOS的工程师核实，确实可在同一层的不同位置输入不同的能量，进而可以调整材料的局部微观组织。

3D打印技术参考于1月20日注意到，中国科技网发表文章指出，中科院工程热物理研究所采用多金属3D打印制造的整体涡轮叶盘首次通过点火试车考核。 这是3D打印领域的一项重要突破，主要原因在于：这是全球3D打印行业内首次有报道多材料金属3D打印的高速旋转部件通过试车；这同时代表我国在多材料金属3D打印应用方面取得领先。 长期以来，多材料金属3D打印一直是全球领先机构研究的热点。科研技术人员需要解决异种材料连接以及应当采用怎样的形式进行连接等核心问题。目前报道较多的应用，多数是零件本身不需要高速运动，属于相对静态工作部件，如散热器、火箭发动机燃烧室等。而涡轮叶盘不一样，它需要高速运动。 图文无关，仅作演示发动机运行过程 报道指出，此次测试的涡轮叶盘采用两种材料制造——盘芯采用高韧性材料，叶片采用耐高温材料，由3D打印技术实现一体化制造。 该叶盘被被配装在100公斤推力的涡喷发动机中，先后通过了动平衡试验、超转试验和整机点火试车，在30000RPS转速下60s稳定工作，各项指标满足考核要求。它的重大意义就在于，首次实现了多金属增材制造航空发动机热端转动部件点火试车，初步验证了多金属3D打印整体涡轮叶盘的稳定性和可靠性。 整体涡轮叶盘点火试车（受访者供图，来自中国科技网） 虽然报道并未指出所采用的3D打印形式，从理论上讲，可以采用LPBF+DED，LPBF+冷喷涂，以及单一LPBF等技术形式。但笔者认为最可能是，它是由单一的激光粉末床熔融技术制造。 对此，笔者特意查询了中科院工程热物理研究所关于多材料金属3D打印的专利，确有惊喜发现。该单位目前已获得多项关于激光粉末床熔融多材料3D打印的专利，涉及吸粉路径规划方法、送粉路径规划方法以及整体增材制造系统。 ➡️解决多材料金属3D打印制造效率低和尺寸小的难题 对于LPBF多材料金属3D打印而言，在材料方面最困难的是过渡问题，在设备方面最难破解的是粉末的混杂问题。针对粉末混杂，目前的主流方式是采用“独立运动送粉+独立运动吸粉”，但实际上并不是每家都能做得很好。 LPBF多材料3D打印面临的混粉问题 Fraunhofer IGCV 实验室的多材料SLM® 280 2.0 机器内部视图 中科院工程热物理研究所的相关专利提到，现有技术的主要缺点在于成形效率低，需要用精细的送粉喷嘴和真空吸粉嘴来对多种材料进行粉末的铺设和回收，导致操作复杂度增加，效率较低。另外，该装置很难实现大尺寸零件的三维制造。 整体涡轮叶盘超转试验（受访者供图） 现有多材料增材制造技术仍有改进的空间和需求。该单位对多材料金属3D打印的设备进行了改进，实现了铺粉与吸粉的同步进行，显著提高了成形效率。同时，送粉装置也同步进行了改进，可以实现大尺寸零件的连续成形。此外，设备还配备了视觉相机，用于辅助第二粉末材料的铺设和回收过程，实现了铺粉和回收精确化的目的。 ➡️解决异种金属材料连接的难题 双金属一体结构也可称之为梯度结构，主要技术难点在于异种材料过渡界面的质量控制及性能表征。基于熔融的技术涉及熔化，两种金属的热膨胀系数通常不一样，接缝处容易产生应力集中，出现裂纹、孔隙和偏析等有害相。 报道指出，中科院工程热物理研究所航空宇航制造实验室，长期开展多材料金属3D打印关键技术攻关，攻克了该领域面临的异种金属连接难题，开发出了相应的过渡层材料，实现了界面缺陷控制。 Aerosint公司已开发的多材料一体成形体系 此次整体涡轮叶盘制造并试车成功，是该单位多材料3D打印装备、材料科学研究的重要展示。基于高速运转部件的特殊属性，这一成果显示出我国在该领域已取得领先地位。 多材料金属3D打印具有高价值应用和高回报的特性。不同物理特性的多种材料的一体3D打印，为高度复杂、轻量级的组件制造提供前所未有的设计自由度，在航空航天、船舶等领域具有多种应用场景，将为我国高端制造重大装备突破技术瓶颈、实现创新发展带来新的解决方案。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

2025年12月29日，我国向国际电联一次性提交了20.3万颗低轨卫星频轨资源申请，引起广泛关注。这是否意味着未来我国将制造如此数量的卫星呢？这跟3D打印有没有关系？ 2025年一项价值达4.5亿元的“梁溪星座”3D打印卫星制造项目或能说明答案，这是一个很可能爆发或者正在爆发的应用场景。如此体量，将会带动3D打印材料、设备、服务以及设计等多个环节的市场增长。 关于该应用场景，巧合的是在2026年1月，韩国航天企业Innospace公司宣布成功实现了Ti6Al4V钛合金压力容器的低悬垂无支撑3D打印。这几则消息让笔者产生了联想——卫星贮罐/贮箱一体化无/少支撑3D打印，或许能成为卫星大规模制造中的一个典型应用。 由Innospace 3D打印的燃料贮罐 3D打印卫星燃料贮罐 国内外应用案例 其实早在2018年左右，就有用户单位向笔者提出能否帮他们直接打印出封闭的燃料贮罐。但当时的技术确实没有办法实现，国内多数设备商在当时也实现不了。但国外却在无支撑金属打印方面喊得很凶，这也是后面几年该技术备受关注和快速发展的重要原因。 2023年1月，全球首批无支撑金属3D打印的封闭式燃料贮箱被送往太空。Velo3D公司为Launcher的Orbiter卫星运输工具制造了8个钛合金贮箱。这也意味着相关的技术储备，在2022年就已经完成。 我国首次实现3D打印卫星燃料贮箱在轨应用是在2024年3月。该贮箱由航天科技六院801所和航天科技八院800所共同研制，铂力特为该贮箱的生产提供了设备支持。 该贮箱采用铝合金一体化成型3D打印。据央视新闻报道，研发团队先后攻克了多项关键核心技术，不仅使所有组件均在贮箱上实现高度集成一体化安装，贮箱内部也通过3D打印流道实现了各组件间的连通，无需导管连接，研发周期大幅缩短，成本有效降低。 国内无支撑金属3D打印 燃料贮箱样例 需要指出的是，类似燃料贮箱这种带有管路的封闭结构，并不意味着一定要实现低悬垂角度的3D打印，也可以借助内部结构的优化设计来规避支撑。 但探索工艺极限，将不断推动3D打印技术向广阔的应用场景拓展。针对国内类似燃料贮箱的无支撑打印样例，笔者发现了三例。 ➡️ 华曙高科无支撑3D打印燃料贮箱 华曙高科少支撑金属3D打印技术已实现大量应用的批量生产，典型应用包括燃料罐、闭式叶轮等，最大尺寸工件超过450mm。材料涵盖钛合金、高温合金、铝合金、不锈钢等。 在2024年的TCT亚洲展上，华曙高科就展示了无支撑3D打印的燃料贮罐。该公司表示，其采用自适应智能扫描策略，精准控制能量输入和零件局部热量，在保证零件致密性的前提下，成形能力相对于传统扫描技术明显提升。 借助该技术，华曙高科攻克了倒圆锥结构、水平圆孔等特殊结构成形难度大的技术难题，成功实现倒圆锥结构20°-25°倾斜角的无限高度成形，无支撑一体成形的水平圆孔最大可达Φ50mm。 ➡️ 融速科技电弧无支撑3D打印燃料贮箱 融速科技是国内领先的金属送丝增材制造解决方案提供商，借助多轴运动可以实现无支撑金属3D打印。该公司在展会上曾展示了由电弧3D打印的316L不锈钢贮箱缩比件，以及电弧3D打印的17-4不锈钢大型航天液氧贮箱。这两项应用的展出，也标志着燃料贮箱的制造并不仅仅局限于激光粉末床熔融工艺。 融速科技电弧3D打印的贮箱缩比件 融速科技电弧3D打印的航天液氧贮箱 ➡️ 易加三维展示无支撑3D打印球体 易加三维于2023年TCT亚洲展上首次公开展示了其自主研发的无支撑金属3D打印工艺，可打印AlSi10Mg、钛合金等常见材料。其展出的无支撑打印的铝合金地球仪球体尤为典型，该零件的尺寸为φ400×450mm，其结构特征预示着可以实现贮箱结构的无支撑打印。 规模化设备部署 支持批量3D打印交付 传统上的卫星燃料贮箱为满足长期在太空极端环境下使用，对材料和制造工艺都提出了严格要求。铝合金、钛合金和复合材料是主要的制造材料，在满足高强度的同时尽力保障轻量化。在制造工艺方面，笔者查询到，燃料贮箱常使用“分块成形+焊接”的方式，工序复杂，存在焊缝，影响可靠度合计精度。如果要以万为单位进行批量生产，可以想象工作量得有多大。 EOS 3D打印的无支撑燃料贮箱 EOS 3D打印的无支撑燃料贮箱上顶面 EOS 3D打印的无支撑燃料贮箱内部顶面 相比3D打印技术来说，后者可谓极大解放了生产力，直接导入模型文件就可以获得一个接近最终使用的“成品”，大大缩短了制造周期。同时，无论是基于结构设计避免内部添加支撑，还是基于无支撑工艺，使用几十、几百台3D打印机，可以在有限的时间内迅速交付大量产品，扩产极为灵活，由此可见3D打印技术的制造优势有多大。 航天产品在定型之后通常会稳定使用。但到目前为止，我国用户单位并没有明确表示过，基于无支撑3D打印工艺实现过卫星燃料贮箱的实际应用。而Velo在今年1月宣布在该领域再次取得应用进展，它与美国商业航天公司Momentus，成功研发出一款3D打印燃料箱，并将在后续开展飞行测试。我们也期待，在该领域我国取得更多进展！关于此，你有什么看法呢，欢迎留言讨论。

电子束定向能量沉积（DED-EB/W）作为一种高效的金属增材制造工艺，具有沉积速率高、热变形小、能效高等优点，有效解决了行业两大难题：生产效率和资源利用。随着对大尺寸、高性价比零部件需求的增长，电子束定向能量沉积成为媲美激光送粉增材制造技术的替代方案。 电子束送丝定向能量沉积是电子束焊接工艺的进一步发展，该工艺在高真空环境下进行，无需额外保护气体即可实现高活性金属增材制造。对于钛等活性金属，局部保护气体通常不足以制造大型增材制造零件，因此需要使用充满惰性气体的腔室或真空腔室。当前商业销售的电子束焊接真空腔室容积可达数百立方米，而如果将其中充入保护气体，则会导致零件造价极为昂贵。 在DED-EB/W工艺中，使用电子束熔化金属丝，在基底上形成熔滴。在此过程中，部分基底材料也会熔化。通过相对于基底移动的装置，可以逐层构建三维结构。这种相对移动可以通过机器人或龙门架移动带有送丝装置的电子束发生器来实现，也可以通过多轴工作台（x、y、z轴，可能还包括旋转和倾斜）来实现。两种方法的结合也是可行的，多轴操作和计算机数控（CNC）技术使得制造复杂的三维部件成为可能。 Pro-beam Additive 的WEBAM 100 机器，配备五轴工作台机械装置、外部移动光束发生器、内部送丝机和用于卷筒或线轴的外部送丝装置 通过提高沉积速率来提高生产率 电子束技术提供了一种高功率、高能量密度的能源。例如，WEBAM 100可提供最大9kW的功率，通常足以满足单送丝需求。该技术可实现最大 1400x1300x1100mm的成型尺寸，从而能够生产大型零件。 不同材料的最大沉积速率和体积速率 凭借这种功率，可以熔化相对较粗的金属丝（直径1.6毫米），并以较高的进给速度制造零件。这种情况下的限制因素是最大进给速度（12米/分钟），高送丝速度为提高生产效率提供了可能。 高沉积速率镍基合金IN718部件的机械性能符合应用标准，与激光（DED-LB/W）和电弧（DED-ARC/W）工艺的结果相当。 以IN718 DED-EB/W圆柱体为例，未发现裂纹或孔隙，显微组织呈现细小的树枝状结构，主要由镍基合金面心立方γ相组成，其中可能含有拉维斯相和碳化物。热处理改变了显微组织，可能导致γ基体中析出细小、共格的盘状γ''（Ni3Nb）相，这些析出相是热处理提高强度的原因。 圆柱体顶部附近的微观结构，在原始状态 (a, b) 和热处理状态 (c, d) 下，低倍 (a, c) 和高倍 (b, d) 放大倍数 控制热变形 增材制造面临的关键挑战之一是热致残余应力的产生，这会导致几何变形。为了弥补这一缺陷，设计人员通常会增大构建平台和部件的尺寸，以应对生产过程中可能出现的翘曲。如果能开发出一种可以降低残余应力和热变形的工艺，则可以显著降低材料消耗和后处理需求，尤其是机械加工。 决定变形的最重要参数是基板厚度、引入的光束功率、送丝速度和生产策略（焊缝顺序），以及基板的预热温度和绝缘性。 考虑到这些参数，可以最大限度地减少热变形。下图显示了一个用于航空航天领域的结构部件的截面图。尽管基板厚度仅为5毫米，但最终的热变形小于2毫米。 用于航空航天领域的 DED-EB/W 结构件 (Ti6Al4V)，该结构件制造在 300 x 250 x 5 mm 的基板上，变形小于 2 mm。为了进行比较并突出变形，在其下方放置了一块 10 mm 的基板 另一种减少热变形的方法是使用翻转框架，该框架允许在底板的两侧构建结构。下图显示了一个构建在连接到翻转框架的底板上的组件。该组件在每一层构建完成后都在高真空环境下进行翻转。翻转过程大约需要1分钟。这使得后续层从另一侧依次抵消了前一层的热变形。通过这种方式，这种顺序抵消显著减少了变形。 为用于航空航天领域的 DED-EB/W 结构件（Ti6Al4V），该结构件制造在 500 x 400 x 10 mm 的基板上。a：固定在翻转框架上的部件俯视图。b：侧视图，展示了最小化的热变形 提高资源效率 降低热变形可提高DED-EB/W工艺的资源利用率。其他工艺特性也有助于提高资源利用率。如前所述，在高真空条件下运行无需使用保护气体，从而节约了这种资源。这不仅有利于环境，还能降低成本，尤其对于大型部件而言。 DED-EB/W资源效率更高的另一个原因是，与激光送粉DED相比，送丝DED技术产生的材料浪费显著减少。在送粉DED中，相当一部分粉末要么从零件表面弹开，要么被保护气体或载气带走，要么落在预定沉积区域之外。而线材DED则不会出现此类浪费。 激光送粉3D打印 然而，增材制造总体成本和环境影响的最大因素通常是其能源消耗。电子束能量输入到工件的效率高达90-95%。这项技术非常高效，因为能量直接被工件吸收，电子的动能转化为热能（不受空气或光学系统的散射影响）。相比之下，激光束技术会因反射、散射和光学损耗而造成能量损失。这导致激光束焊接的效率约为30-50%。将DED-EB/W与吹粉激光DED比较，结果表明电子束工艺性能更优，这主要是因为其设备能耗显著降低，仅为DED-LB的三分之一左右。通过生命周期评估对两种工艺进行直接比较表明，在所有环境指标上，DED-LB的排放量约为DED-EB的三倍。 电子束送丝3D打印 对于铜等高反射率材料，由于能量传递过程的差异，DED-EB/W相比DED-LB具有更高的效率。在DED-EB/W中，电子的动能被高效地转化为工艺热。相反，使用传统红外激光器照射纯铜时，高达98%的激光功率会被反射并损失掉。近年来，激光器技术的进步已将反射率降低至绿光激光器的45%和蓝光激光器的30%。 提高资源利用效率的另一种方法是使用由回收材料制成的线材。然而，在基于线材的定向能量沉积（DED）工艺中，通常只使用原生（或“一次”）线材。用回收线材替代原生线材可以改善该工艺的环境足迹，同时降低材料成本。研究的一个例子是钛合金回收线材，这是一种芯材，其结构与标准的均质实心原生线材有显著差异。这种回收线材由激光束纵向焊接的原生钛外层和由回收合金粉末制成的内芯填充材料组成，外层和填充材料的平均成分均为Ti6Al4V。 将药芯焊丝应用于DED-EB/W工艺的挑战在于，药芯焊丝中滞留的气体在真空熔化时会释放出来并迅速膨胀，这可能导致工艺过程中出现飞溅，并在部件中产生孔隙。然而，通过适当的工艺改进，可以获得相对致密的DED-EB/W部件。使用回收钛丝制成的部件展现出相当的极限抗拉强度和断裂伸长率。这些积极的结果为未来在某些应用中使用回收焊丝进行DED-EB/W工艺带来了希望。 采用回收金属丝制成的DED-EB/W壁的抛光横截面 结论 电子束送丝定向能量沉积（DED-EB/W）为提高金属增材制造的生产效率和资源利用率提供了一条极具潜力的途径。其沉积速率高达13kg/h，能量效率接近95%，且无需保护气体即可加工活性金属和反射性金属，在产能和环境影响方面均优于许多现有的DED技术。 此外，该技术还可使用回收线材，进一步增强了其优势。随着可持续发展法规的日益严格和成本压力的不断增加，DED-EB/W与行业不断变化的需求高度契合，并有望重塑人们对大规模增材制造的预期。 注：本文由3D打印技术参考译自Metal AM相关文章，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造…

AMCM是超大型、高端工业3D打印技术的标杆，其开发的设备代表了该领域的卓越性能，能够制造出在规模、精度和综合性能上超越传统方法极限的复杂零件。 3D打印技术参考注意到，为了突破增材制造的界限，AMCM与PanOptimization合作，使用后者的PanX仿真软件，测试了米级构件的仿真能力。测试发现，即便面对米级超大工件，也能在桌面工作站上1小时内完成高保真热-力耦合模拟，确定最佳工艺参数。 AMCM金属3D打印应用专家Tobias Petzinger指出，该公司以前不可能对M8K构建体积大小的CuCrZr组件进行热机械模拟。 AMCM M8K演示部件（820x820x1200mm） 快速、精准，对计算机配置要求低 根据PanX的产品介绍，它是一款性能优秀的增材制造仿真软件，精准、高效、可扩展、易用。该软件能够精准解析细微几何特征，对完整打印平台进行建模，并基于实际工艺参数实现高精度的热力学预测与校准；支持处理任意尺寸与复杂度的模型，计算耗时仅随模型规模线性增长，远优于传统有限元工具。 在效率方面，PanX称其能在极短时间内完成大型复杂构件的仿真，速度相比传统方法提升百倍以上，并且大多数模拟仅需常规笔记本电脑即可运行，极大降低了使用门槛与计算资源需求。 凭借先进的模拟功能，AMCM表示可以： ▶️优化大型增材制造过程 ▶️减少失败和试错 ▶️确保可靠、高效和安全的生产 称之为下一代增材制造有限元软件 PanOptimization称PanX为下一代增材制造有限元软件，除了高度并行化和极低内存消耗的架构外，还采用了一种新颖的周期性八叉树自适应方案，无需生成或存储网格排列。典型的自适应网格划分方法需要生成和存储这些排列，从而导致极高的内存消耗。 传统的自适应网格粗化技术会导致很大的精度损失。每次发生粗化时，细节都会丢失。这不仅是3D打印模拟面临的主要挑战，也是FEA面临的主要挑战。 补偿失真仿真 多重网格建模 (MGM) 解决了由于网格粗化而导致的精度损失问题。MGM在一系列瞬态自适应网格上解决了热机械问题。来自瞬态解的信息被组合成一个高分辨率结果。细网格解的结果将与模型在没有网格自适应性的情况下运行的结果几乎相同。 将MGM方法的结果与在静态均匀体素网格上执行的参考分析进行比较的验证表明，MGM方法产生的失真预测几乎相同（在参考值的3%以内）。 优化停留仿真 有限元分析模型的计算性能（运行时间和内存需求）与问题规模呈立方级增长。这意味着，随着问题规模的扩大，即使拥有巨大的计算资源，问题也会很快变得无法求解。多重网格建模方法则不受此限制，可以与问题规模大致线性扩展，即使是最高的组件也可以很快进行求解。 AMCM称，这种合作伙伴关系是硬件和软件如何在工业增材制造中齐头并进的一个有力例子。通过将大型3D打印系统与模拟专业知识相结合，可以进一步塑造航空航天及其他领域的未来。#增材制造 #3D打印 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。