当前，临床上监测颅内压等关键生理指标的技术，通常需要通过外科手术将有线传感器植入患者颅内。这种方法存在一定风险，如术后感染和并发症等。尽管现有的无线电子传感器能够在一定程度上降低这些风险，但由于它们的体积较大（例如，传统电子元件的截面积往往超过1平方厘米），因此不适合通过微创注射方式植入。此外，由于无线电子传感器不能在体内自然降解，患者还需要进行二次手术来移除它们。因此，在临床实践中，这些无线传感器也面临着许多挑战。 华中科技大学臧剑锋教授、姜晓兵教授以及新加坡南洋理工大学陈晓东教授团队携手合作，于6月5日以"Injectable ultrasonic sensor for wireless monitoring of intracranial signals"为题在《Nature》杂志发表关于可注射超声传感器用于颅内生理信号监测的相关研究。 研究团队开发出一种创新型可注射超声凝胶传感器。其由双网络交联的水凝胶基质和内部周期性排列的空气孔道组成，体积仅为2×2×2mm³。这种可注射传感器是研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术(nanoArch®S140，精度：10 μm)加工模具后，经水凝胶翻模制备而成。经过计算机模拟结构优化，该特殊结构对入射超声波有很强的反射能力。 这种微型且可自然降解的传感器通过微创注射即可使用，大幅提升了患者的就诊便捷性，并为智能医疗健康领域的发展注入了新的活力。 注：本文内容来自摩方精密，已获授权。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域3D打印技术2024最新市场及应用现状 2.金属3D打印仿真优化，减少支撑、防止打印失败，试试这款国产软件 3.航空3D打印应用新里程碑：空客A350升力系统部件获批量生产批准 4.为航天器3D打印多孔铜合金部件，建立孔隙与机械及电性能之间的关系

6月20日，3D打印技术参考注意到，美国国家航空航天局（NASA）再次向近250家小型商业团队提供资金来开发尖端技术。今年的第一阶段小型企业创新研究（SBIR）和小型企业技术转让（STTR）计划获奖者正在解决碳中和和能源存储等关键优先事项。在这些项目中，有六个项目因其对3D打印的创新应用而脱颖而出。 SBIR和STTR计划帮助美国各地的小型企业和研究机构开发新技术。对于2024年，NASA为这些倡议分配了4485万美元，每个入选的团队将获得15万美元来测试他们的想法是否可行。值得一提的是，34%的获奖者是首次获得NASA SBIR/STTR奖项的。NASA每年都会在SBIR和STTR获奖者中关注众多3D打印项目，3D打印技术参考注意到，往年的资助项目包含复合材料3D打印、蓝色激光3D打印以及各类太空3D打印应用等。3D打印已成为该机构创造对空间探索至关重要的复杂、轻量级和高效结构的关键。今年的3D打印获奖者专注于开创性领域，从创建先进的碳化硅（SiC）光学器件到构建月球基础设施。 3D打印碳化硅空间光学器件 Additive Innovations公司计划通过3D打印碳化硅（SiC）来改进空间光学系统。SiC是一种理想的空间光学材料，它具有轻量、高刚性和低热膨胀性。传统上，SiC的制造既困难又昂贵。该公司计划通过3D打印来简化制造过程，使其更具成本效益和精确度。有了NASA的资金支持，该团队表示将提高其制造精确SiC部件的能力。他们还将研究如何预测SiC材料对温度变化的响应，并使其更加致密。这项技术最初将用于小型卫星，但未来可能扩展到更大、定制形状的光学部件以及其他应用，如汽车零部件和热交换器。 下图为中科院上海硅酸盐所使用升华三维设备3D打印的碳化硅反射镜 这些光学系统对于望远镜的反射镜、传感器、相机、通信系统以及分析天体的仪器至关重要。领导这个项目并为此付出专业知识的是Additive Innovations的总裁Andrew Klein，他曾在ExOne担任了八年的研发总监。3D打印技术参考猜测，这项研究会不会将采用粘结剂喷射技术？在国内，峰华卓立利用粘结剂喷射技术开发了SiC材料。 在轨3D打印实时监测 Advent Innovations公司致力于确保太空制造中的质量问题。该项目涉及开发一种红外热成像系统，用于3D打印过程中的实时缺陷检测。这一技术对验证太空中打印部件的完整性至关重要，例如任务物流所需的工具和组件。Advent Innovations公司通过将可移动的、非接触式的红外摄像头与挤出机头集成，旨在在构建过程中检测和消除缺陷，确保从打印时刻起部件就符合必要的标准。 在轨道、月球或火星上进行可持续和灵活的太空任务是至关重要的。太空制造允许根据需求创建关键物资，如工具、支架和其他用于任务物流和维修的组件。自2014年在国际空间站（ISS）上首次展示3D打印以来，已在太空中打印了许多部件，主要使用聚合物材料。 FDM技术实时监控原理 然而，目前太空中的检查仅限于打印后的“目视检查”。Advent Innovations公司希望通过创建一个在打印过程中检测缺陷的系统来改变这一现状。在地球上，红外热成像技术通过生成实时图像来发现缺陷并验证材料的完整性。这种方法可以帮助太空中的打印部件立即满足标准。随着欧洲航天局最近将一台金属3D打印机送到国际空间站，太空制造的重要性日益凸显。这个项目对于确保太空中3D打印部件的可靠性至关重要。 空间大型桁架3D打印技术 Branch Technology公司希望利用其自由形态3D打印技术在月球表面建造大型桁架结构。基于桁架的结构由相互连接的三角形单元组成，使用极少的材料即可创建坚固且稳定的框架。这项技术允许材料在自由空间中沉积并固化，形成既轻便又坚固的结构。这些结构可以支持月球上的电力生产和通信，展示了3D打印技术在大型月球项目中的潜力。 Branch Technology公司的3D打印技术 大型桁架3D打印在太空中的价值在于其能够构建出既坚固又轻质的支撑结构，这些结构不仅能够在极端太空环境中保持稳定，还能有效支撑太阳能板、通信天线等关键设备，为深空探测和长期驻留任务提供可靠的基础设施支持。通过3D打印技术，大型桁架可以实现在轨制造，大大提高了太空任务的灵活性和可持续性。 3D打印轻量级旋转爆震发动机 优化旋转爆震火箭发动机（RDRE）的设计和性能是一项复杂的任务，因为其中涉及的物理学原理十分复杂。RDRE是一种先进的推进系统，通过连续的爆震来产生推力。这项技术由NASA开发，相对较新，并一直在NASA和其他组织的积极研发中，有望提高燃料利用率和产生更大的功率，这对于深空任务至关重要。 尽管NASA已经成功测试了RDRE，展示了其潜力，但工程公司Quadrus希望通过结合先进的模拟策略和3D打印技术来改进其性能。他们的目标是创造一种轻量级的RDRE，在减少硬件质量的同时最大化推力和效率。 NASA旋转爆震发动机与Quadrus公司3D打印的组件 3D打印将被用于制造RDRE的组件，确保它们既轻便又结构坚固。这项研究的目的是填补RDRE开发中的技术空白，并计划通过热试发射验证这种方法，最终为NASA的发动机综合性能计划做出贡献，同时推动火箭推进技术的发展。3D打印技术参考注意到，Quadrus公司与NASA最新的合作成果为，双方采用SLM 3D打印工艺开发了一款双金属结构旋转爆震火箭发动机喷射器，并将于今年夏季测试。 其他项目还包括大型3D编织预成型复合材料用于热保护，一家名为Dynovas的公司正在利用其高级压力树脂传递模塑 (DAP-RTM) 系统应对挑战，该系统改善了树脂在材料中的流动，更有效地预处理预成型件，并使用量身定制的机械注射技术来确保最终产品致密且可靠。同时，该系统能以更低的成本、更高效的方式生产更高质量的3D编织复合材料。 最后一项计划使用3D打印和电化学技术来改进航天器上使用的放射性同位素电力系统 (RPS) 的绝缘性能。通过SBIR和STTR计划，NASA继续为开创性的创新铺平道路，这些创新将塑造太空探索及其他领域的未来。通过对3D打印技术的投资，该机构正在获得更多的任务能力，并为商业应用开辟新的途径，帮助充分发挥增材制造在太空和地球上的潜力。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域3D打印技术2024最新市场及应用现状 2.为航天器3D打印多孔铜合金部件，建立孔隙与机械及电性能之间的关系 3.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 4.航空3D打印应用新里程碑：空客A350升力系统部件获批量生产批准

增材制造技术应用于能源领域，其主要优势在于能够制造出传统制造方法难以实现的复杂结构，提高打印件的结构完整性，减少材料浪费，缩短生产周期。但在实际应用中仍然面临着许多挑战，例如：不同材料的打印参数复杂，从而影响部件性能；打印过程中的热应力和变形问题难以控制，导致成品质量不稳定。为了应对这些挑战，工艺仿真就尤为重要。 仿真能够帮助提高生产效率和成品质量。在3D打印过程中，零件可能会出现多种缺陷，如翘曲、开裂、孔隙、变形等，仿真可以预测这些缺陷的发生，并提供相应的调整建议。3D打印中材料的选择、打印速度、层厚、温度等参数，也会对最终部件的性能产生重大影响。而在新品开发过程中，仿真可以快速验证设计的可行性和可靠性，减少原型的制作次数，缩短研发周期。对于生产部门来说，仿真可以减少支撑结构和材料浪费，从而降低开发和生产成本。最后，仿真确保了打印部件的机械性能和精度，满足严格的质量要求。 全流程工艺仿真和分析，提速5-10倍 VoxelDance Engineering（VDE）是由漫格科技自主研发的一款仿真软件，它能够对增材制造过程进行全流程工艺仿真和分析，帮助工程师在实际打印之前预测和规避潜在的问题。软件的求解算法利用GPU并行加速，相对于传统的有限元求解算法，提速了5-10倍。 在漫格自主研发的仿真软件上线后，根据客户的需求，漫格科技对一封闭叶轮模型进行了仿真优化。考虑到添加支撑的数量和后处理时去除支撑的困难，以及打印设备尺寸等因素，将模型倾斜45°摆放，并用VoxelDance Manufacturing（VDM）软件设计支撑方案（图1）。该方案为全支撑方案（零件的底部加满支撑），打印虽然会成功，但难免会造成材料和打印时间上的浪费。因此，出于对成本以及方案可行性的考量，客户要求在保证打印成功的前提下尽可能的减少支撑。 图1 封闭叶轮全支撑打印方案 此案例中，使用了汉邦激光HBD-200D机型进行打印。HBD-200D配备外置净化循环系统，与主机实现实时通讯，实时监控及反馈成形氛围；滤芯使用总寿命可达2000小时以上，满足高强度、长时间、连续性生产的打印任务执行。 封闭叶轮打印信息 打印设备机型 HBD-200D（汉邦科技） 材料 316L不锈钢 打印时长 50小时 3D打印过程仿真优化 此外，金属材料的各种材料参数，如热膨胀系数、导热率和弹性模量等参数以及设备参数，如激光功率、扫描速度和扫描策略等参数均可能影响翘曲现象。 方案一 为减少支撑，首先参考了SLA的经验设计了一种少支撑方案（图2），并使用VoxelDance Engineering（VDE），对该方案进行仿真。仿真完成后，将零件的最大允许位移量设置为0.5，位移超过0.5的部分将会显示成红色，同时将变形比例放大至3倍，仿真结果如图3所示。 图2 少支撑方案一 图3 少支撑方案一仿真结果 零件边缘大部分区域的位移都超过了容许范围，这是由于SLM工艺中的热循环过程，即激光熔化和随后的冷却反复进行，会引起材料的反复热胀冷缩，每一层的热循环都会产生新的应力和变形，尤其是对于高导热性的金属材料，这种效应更加显著。热循环的不均匀性和累积效应以及热应力、残余应力等因素的多重影响会引起较大的翘曲变形。若缺乏必要的支撑，翘曲变形无法得到有效限制，会对打印结果产生严重影响，因此这种方案是不可能打印成功的。 方案二 根据方案一的仿真结果，用VDM软件重新设计了另一版支撑方案（图4）。在方案一中可能出现较大变形的位置增加了支撑。使用VDE软件仿真完成后，依然将最大允许位移设置为0.5，仿真结果如图5所示。 图4 少支撑方案二 图5 少支撑方案2仿真结果 这次的仿真结果表明：零件各处的位移量都在允许的范围内，仅仅是在支撑的某些地方存在着较大变形，这对零件本身并没有太大影响。但即便如此，还需要考虑打印过程中可能出现的变形问题。最关注的是零件上表面Z方向的位移。因为打印的每层厚度是50μm，如果打印过程中零件上表面的翘曲位移超过的这个值，刮刀就会有撞刀的风险，进而导致打印失败。因此在VDE仿真软件中将允许的最大位移设置为0.05，逐层查看上表面的翘曲情况。发现在打印的过程中，图6所示位置处的翘曲已经明显超过了允许范围。 图6 方案2打印过程仿真结果 可以判断该方案在打印到这个位置时极有可能出现撞刀的情况导致打印失败。为了验证预测，将这个方案进行了真实的打印。真实情况如图7所示，与仿真预测的结果完全一致。 图7实际打印零件翘起情况 方案三 为避免因打印过程中，构件上表面翘曲而引起撞刀，在最终版方案中，将容易发生翘曲的位置A处增加了较强的支撑（图8），随后进行了仿真。仿真结果中可以看到（图9）：零件的变形都在允许的范围内，进一步追踪打印过程中的翘曲位移，之前翘曲严重的区域现在未呈现明显的翘曲。 图8少支撑方案三及底部视图 图9方案三打印结束后及过程中仿真结果 图10方案2中B位置仿真结果 对于图8中的B位置，此前的仿真结果显示该位置变形较小，为防止因重力而引发塌陷，只需在此添加弱支撑即可（图10）。通过VDE最终的优化方案，实现了一次打印成功，打印出的零件如图11所示。 图11依据最终方案打印成功的零件 并且对于在此前方案二中预测变形较小的区域B，其打印结果表明：支撑连接处并无开裂（图12），这也进一步证明了仿真结果的准确性。 图12打印件内部情况展示 在本案例中，使用了VoxelDance Engineering（VDE）对支撑方案进行仿真来预测打印结果，判断零件是否能够打印成功，并依据仿真结果在VoxelDance Manufacturing （VDM）中对支撑方案进行改进。VDE实现了过程可视化，可以及时预测出打印过程中可能出现的问题并对支撑方案进行进一步优化调整，最终得到可靠的方案以确保打印成功。此案例中的汉邦激光的HBD-200D金属3D打印机以其高精度、高稳定性和人性化设计，提供了高效、高质量的金属3D打印体验。 相比于之前的全支撑方案，方案三减少60%的支撑，很大程度上减小了材料的损耗。打印一次封闭叶轮的时间在50小时左右，如果通过真实打印来优化零件，其时间成本以及材料设备等方面的开销是不可估量的。而VDE对封闭叶轮进行一次仿真的时间只需要3个多小时，仿真结果可以避免因打印失败而造成的多种损失。VDE仿真软件可以减少实验次数和材料浪费，从而降低开发和生产成本，最终确保打印部件的机械性能和精度。 联系漫格科技：sales@voxeldance.com欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.直播报名｜华曙高科3D打印创新与产业化网络研讨会（高分子专场） 2.为航天器3D打印多孔铜合金部件，建立孔隙与机械及电性能之间的关系 3.通知！超快速且实惠的3D打印技术，探索生产级增材解决方案 4.增材制造技术助力我国500兆瓦冲击式水轮机模型通过验收

轻量一体化，成碳化硅主要应用方向碳化硅（SiC）陶瓷凭借其比刚度大、热导率高、热变形系数小以及稳定性好等综合品质，广泛应用于航空航天、汽车工业等高端制造的电子设备、散热解决方案以及光学系统等领域。 ▲轻量化设计的碳化硅反射镜（来源：升华三维） 轻量化的实现途径主要有三大方面：一是材料的优化设计和应用；二是产品结构的优化设计；三是先进制造技术的开发应用。三者相辅相成以实现最终产品的轻量化制造。碳化硅陶瓷在具有低密度的同时具有高机械强度，是作为轻量化设计的理想材料；再通过轻量化构型设计思路，不仅可以降低对材料的使用要求，还能减少昂贵材料的使用量、改进强度重量比、缩短加工时间；结合增材制造(3D打印)技术成形复杂异型构件的独特优势，将是SiC陶瓷材料与结构设计相结合的重点方向。3D打印技术具有智能、无模、精密、高复杂度的制造能力，它能够完成传统工艺不可能完成的制造。不过相对于塑料或金属有固定的熔点，通过加热融化后就可以进行粘贴。而碳化物陶瓷没有熔点，如碳化硅会在高温下氧化成二氧化硅，或者是其他的气体、激光的作用下直接分解，导致无法直接3D打印，需打印出一个素坯再去烧结。而基于烧结的3D打印复杂结构、轻量一体化制备碳化硅已成为主要应用趋势。PEP工艺为碳化硅快速轻量化制备提供解决方案在SiC陶瓷制备方面，升华三维的粉末挤出3D打印（PEP）工艺具有3D打印与粉末冶金工艺相结合的双重优势，可从SiC的素坯成型工艺入手，并结合适宜的烧结工艺，使烧成的碳化硅陶瓷毛坯达到近净成型，以减少后续加工量，并保证了产品性能满足使用需求，这为实现高性能碳化硅陶瓷构件大尺寸、轻量化、一体化制备提供了解决方案。 ▲不同晶格结构填充的碳化硅样品（样品来源：升华三维） 晶格结构是一种最典型的轻量化设计结构。基于其复杂的结构形态，使用水射流切割、铸造、化学镀和电沉积等传统的制造技术制造，耗时、昂贵，并且无法达到高分辨率，而采用3D打印的数字化制造方式，可实现以较低的成本和时间来制造高分辨率和复杂形状的薄支柱和晶格几何形状，这一显著的优势让其成为了理想的填充成形方式。目前，除了在消费品、体育用品、工业设备等领域备受青睐之外，超轻和多功能特性的晶格结构也在再生医学、汽车设计、航空航天等领域有着深度的应用。 ▲晶格结构填充实现碳化硅的轻化量（样品来源：升华三维） 升华三维结合PEP技术特性及自主切片软件优势能力，开发了20多种自定义“晶格填充结构”模式，可对产品的实体区域进行便捷的晶格填充结构设置，自动规划打印路径，均衡结构内部应力。每种模式都有其独特的优势，适用于特定的应用工况，实现快速轻量化、孔隙间距、孔形设计调整等需求。有助于客户快速实现产品的轻量化设计和制备。 升华三维通过自主PEP技术独特优势与反应烧结工艺相结合，已实现了碳化硅复杂结构制造。PEP采用基于蜡基体系的碳化硅颗粒喂料（UPGM-SiC），具有高强度、高硬度、高热导率、高化学稳定性等优异性能的陶瓷材料，适应于航空航天、微电子、汽车工业等领域。且可支持客户自定义开发。▲升华三维碳化硅3D打印材料通过3D打印设备利用颗粒熔融挤出成型方式先打印生坯，然后再经过成熟的粉末冶金工艺脱脂和烧结，得到结构性能优良的碳化硅结构件。这为实现碳化硅陶瓷部件的近尺寸、轻量一体化制备提供了全新方法。 而采用的反应烧结碳化硅工艺，具有处理温度低、时间短、不需要特殊及昂贵的设备、反应烧结胚件不收缩，尺寸几乎不变、烧结过程无需加压，可以制备大尺寸、形状复杂的制品。 升华三维为碳化硅制造提供高价值服务在应用案例中，上海硅酸盐研究所利用升华三维大尺寸独立双喷嘴打印机UPS-556系统的颗粒熔融沉积工艺结合反应烧结制备SiC陶瓷新方法，成功制备了碳化硅陶瓷光学元件等高附加值组件。基于PEP的颗粒熔融打印方法避免了微重力条件下粉体打印潜在的危害，为未来空间3D打印提供了可能。PEP工艺为该案例中的复杂结构、大尺寸、轻量一体化碳化硅元件的成功制备提供了支持，可有力地支撑国家遥感卫星发展和空间基础设施建设，提升了我国在遥感探测技术的核心竞争力。该团队制备的SiC陶瓷最新研究数据显示：密度可达3.12g·cm3，硅含量降低至10vol%左右，抗弯强度和弹性模量分别达到465MPa和426GPa，力学性能与常压固相烧结SiC陶瓷相当，可提高SiC陶瓷环境使用温度。相关研究成果发表在《欧洲陶瓷学会杂志》(Journal of the European Ceramic Society)上，并申请中国发明专利2项（其中1项已授权）。 ▲采用气相和液相联用渗硅得到的SiC陶瓷力学性能 随着碳化硅应用领域的不断扩展，将进一步推动碳化硅市场的高速发展。3D打印技术作为高端装备制造领域的重要技术手段，始终致力于解决传统制造工艺提出的挑战，在实现特种陶瓷无模成形、缩减产品设计周期、精细陶瓷微结构等方面发挥着极其重要的作用。 升华三维将深化先进陶瓷的开发与研究，加强对大尺寸、高性能、复杂结构层的设计与制造能力，实现对层内各种穿插、交织、多孔等三维结构达到强度、刚度、韧性、耐久性等多性能的完美平衡，结合实际应用开发更多实用的晶格填充结构。升华三维现已建成完备的粉末挤出3D打印工艺链，支持从材料配方开发、打印设备定制、到脱脂烧结工艺适配的灵活解决方案，为客户快速实现理想产品的设计和制造提供高价值服务。

3D打印技术参考于近日注意到，香港城市大学吕坚院士团队联合北京科技大学毛新平院士团队、南方科技大学朱强讲席教授团队、昆士兰大学张明星教授团队以及西安交通大学、宝航新材料等，在《Materials Today》发表了题为“Additively manufactured fine-grained ultrahigh-strength bulk aluminum alloys with nanostructured strengthening defects"最新研究。 https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.05.006 该研究介绍了一种通过激光粉末床熔融（L-PBF）技术制造的创新性超细晶Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金，该合金通过纳米结构平面缺陷进行强化，特别适用于要求高强度和优异延展性的复杂形状部件。由于L12有序Al3(Sc, Zr)纳米颗粒的不均匀分布，该合金呈现出具有三重模态晶粒分布的层次化异质微观结构。在打印后的合金中，研究人员策略性地引入了包含堆垛层错、9R相和纳米孪晶的定制平面缺陷。除了纳米尺度的平面缺陷和三重模态晶粒分布外，进一步的直接时效处理增加了纳米析出物的数量，从而共同将屈服强度提升至656MPa，这一数值高于迄今为止报道的几乎所有L-PBF制造的Al合金，同时还保持了7.2%的良好延展性。这项工作为高性能铝合金部件的近净成形制造开辟了新途径，以满足先进结构应用的需求。 L-PBFed Al-Mg-Mn-Sc-Zr 合金的力学性能 目前的高强度锻造合金，如2xxx和7xxx系列合金，由于其对热裂纹的高敏感性，在增材制造过程中表现出较差的可打印性。这种脆弱性归因于它们广泛的凝固温度范围和由L-PBF过程中复杂的热历史引起的高水平残余应力，从而导致机械性能较差。减轻上述缺点的最有效策略是开发细晶粒结构，这种结构提供了大量的晶界（GBs）来破坏凝固过程中产生的应力，从而提高对热撕裂的抵抗力，并有效抑制裂纹。大量晶界的存在还阻碍了位错迁移并增强了机械强度。从传统铸造工艺中获得灵感，可以通过接种处理来触发显著的晶粒细化，这包括引入晶格匹配的晶核粒子（无论是原位形成还是外部添加），或者加入具有高生长限制因子（即高Q值）的有效溶质。这种处理通常会在L-PBF过程中抑制裂纹并细化晶粒，从而产生具有理想机械响应的致密材料。 近年来，通过添加合金元素（如Ti、Zr、Sc、Nb和Ta）或/和陶瓷颗粒（如TiC、TiN和TiB2）来开发用于L-PBF的高强度铝合金种类繁多。另外，最近的研究表明，将商用Ti-6Al-4V和Ti-22Al-25Nb合金粉末添加到难以焊接的7075 Al合金的L-PBF中，可以制得无裂纹且几乎完全致密的部件，并具有细化的晶粒。近年来，人们对含有Sc/Zr的L-PBF Al合金也给予了广泛关注，并在商业上取得了一些成功，这些合金以Al-Mg-Sc-Zr和Al-Mg-Mn-Sc-Zr为代表，具有显著细化的微观结构和增强的机械性能。尽管晶粒细化在这些合金中有效提高了强度，但在新开发的铝合金中实现强度和延展性之间的平衡仍然是一个重大挑战，这一挑战阻碍了L-PBF铝合金的更广泛商业应用。 L-PBF技术用于制造接近全致密的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金 在开发高性能合金方面的突破揭示了引入纳米尺度的强化平面缺陷（如孪晶界和堆垛层错）以增强机械性能的变革性潜力。这种增强对于实现显著的延展性至关重要，因为它有助于分散应变的流动。纳米尺度的平面晶体缺陷作为晶体塑性的辅助通道，通过减少移动位错的平均自由程和提供位错相互作用和存储位点来鼓励位错累积，从而有效增加了位错的存储能力，最终实现了高强度和延展性之间的和谐平衡。这一现象在低堆垛层错能的先进合金系统中得到了成功应用，其中锰钢和从高到中等熵或多主元合金系统作为典型示例。然而，由于铝的SFE值约为166mJ/m²，将高密度SFs和纳米孪晶作为铝合金微观结构设计策略的一部分存在挑战。理论上，铝的SFE只能通过合金化特定的溶质元素进行微调。不幸的是，除了Mg、Ag和Zn之外，这些元素在铝中的溶解度非常有限，这限制了铝中SFE的可调性。 一般而言，铝合金中的堆垛层错（SFs）或纳米孪晶仅在经历了极端凝固或变形条件的特定微观结构中才能被检测到，例如通过磁控溅射在极快冷却过程中制备的薄膜Al-Fe过饱和固溶体。对于块状铝合金，这些平面缺陷通常是在经过严重的塑性变形后获得的，以实现优异的机械性能。因此，通过结合堆垛层错和纳米孪晶，以及多种强化机制（如晶界强化、析出强化），并结合L-PBF（激光粉末床融合）特有的加工路线，可能为增材制造的铝合金实现理想的拉伸延展性与超高强度之间的统一提供一条有前景的途径。 在本次研究中，介绍了一种有效的方法，通过在激光粉末床融合（L-PBF）技术下增材制造高性能铝合金中引入纳米级平面缺陷，这些缺陷在铝合金中很少被观察到。我们将堆垛层错（SFs）、纳米孪晶、9R相以及超细晶粒（UFG）整合到构建的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金中，实现了在打印态和热处理态下显著的机械强度与延展性的结合。通过精心调整Mg含量，成功降低了在L-PBF铝合金中引入平面强化缺陷的能量壁垒，从而贡献于优异的机械性能。 细晶粒、无裂纹 Al-Mg-Mn-Sc-Zr 合金 L-PBF 的理论计算 基于边到边模型（E2EM），定量计算了晶体学匹配度，以指导超细晶粒微观结构的形成。经过广泛纳米析出处理的热处理合金，具有高达656MPa的出色屈服强度，这超过了之前报道的通过L-PBF技术生产的任何铝合金的值，同时仍保持了7.2%的适中延展性。 打印态 Al-Mg-Mn-Sc-Zr 合金的层次化非均匀微观结构 在打印后的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金中，存在着大小约为200纳米的超细晶粒，而Al3(Sc, Zr)颗粒则作为晶粒内的异质形核位点。这些特征共同影响着合金的性能 这项工作不仅为高性能铝合金部件的快速原型制作奠定了坚实基础，而且还揭示了将类似策略应用于其他合金的新机遇。这种新型合金不仅为高性能铝合金部件的快速原型制作提供了坚实基础，还为将类似策略应用于其他合金开辟了新机遇。总之，通过多种强化机制的共同作用，Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金展现出了有前景的机械性能。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.更易热处理和表面处理！一种新3D打印铝合金成为应用宠儿 2.马前教授团队最新：3D打印轻质/高效/铝合金超材料！ 3.显著进展：粗粉+大层厚，倍丰实现铝合金高强度、高效率和低成本3D打印 4.重要进展：NASA开发出新型铝合金，3D打印制造火箭喷嘴并成功测试！

对于航天器中的铜合金应用，可以通过调整材料中的孔隙大小、孔隙率等参数实现对铜机械性能、热导率、电导率以及催化效率的控制，这对于强化航天器应用特别有吸引力。3D打印技术参考此前也报道过， NASA JPL团队认为多孔材料并非一无所用，将孔隙这一不利因素充分利用，可以制造出功能产品。 来自加州理工学院喷气实验室的研究人员，探索了加工参数对铜基金属的最终微观结构和材料性能的影响。建立了LPBF工艺下，打印参数与纯铜、青铜和黄铜三种材料的孔隙率，以及孔隙率与机械性能和电性能之间的关系。相关成果以“Porosity control of copper-based alloys via powder bed fusion additive manufacturing for spacecraft applications”为题发表在Journal of Porous Materials上。 https://doi.org/10.1007/s10934-023-01544-x 研究背景 金属中的孔隙率提供了额外的设计参数来控制材料固有性能之外的特性。航天器多孔金属部件的应用包括具有定制比强度或刚度的结构材料、具有调整的有效导热性的热管理以及催化部件。质量和体积的有效利用对于航天器在确保稳定性的同时最大化任务有效载荷至关重要。构建结构材料为航天器提供了可调节的强度与重量比，或为防止飞行器撞击提供了能量吸收能力。 热管理是航天器的另一个关键问题，因为发电、电子和面向太阳的组件会产生热梯度，关键仪器在工作过程中可能因过热导致光学子系统热致变形。多孔工程材料提供了导热性较低的通道，同时也可用作热管组件，以增强导热性和等温性。 在电化学和催化领域，将二氧化碳转化为烃类和氧气具有极高的研究价值，因为它为太空探索中的原位资源利用提供了一条途径。二氧化碳（CO2）转化为烃类的研究在地球系统中已受到广泛关注，因为它有助于减少温室气体排放。铜在将CO2转化为高级烃类方面表现出巨大的潜力，但规模化制备具有层次孔结构的铜催化剂仍然是一个挑战。此外，无阳极锂金属电池被广泛认为是“超越锂离子电池”的主要候选者，它利用铜作为电流收集器，无需电化学活性阳极，为多孔铜材料提供了另一种应用场景。 制造多孔金属的方法包括使用液体或固体金属的发泡剂、金属粉末的部分烧结、使用占位材料，以及增材制造。特别是，激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术已被用于制造几何驱动的晶格结构。粉末床熔融技术通过使用聚焦的热能源熔化粉末原料来制造部件，可控参数包括沉积的激光功率、激光扫描速度、扫描间距和层厚度，通过这些参数可以调控材料中的孔隙度。 3D打印制造多孔材料的两种方式 在LPBF工艺中，已经探索了两种制造多孔部件制造方式：（1）通过用户设计的几何结构（如晶格或多孔通道）来构造孔隙；（2）通过“非优化”参数选择来实现工艺诱导的孔隙。 3D打印制造多孔结构的两种方式 研究团队调整工艺参数3D打印铜基多孔结构 通过用户定义的几何结构制造多孔部件在多孔LPBF研究中占据主导地位，因为它利用了为全密度部件开发的加工参数，并通过计算机模型的设计来创建孔隙。然而，孔隙的大小受限于LPBF工艺的分辨率，文献报道的孔隙大小范围从100到1500 μm不等。使用参数选择来生成孔隙可以实现低于50μm分辨率的更细孔隙，并显示出广泛的可控孔隙范围（从<1%到45%），适用于不锈钢、镍基高温合金、铝和钛合金等材料。 建立孔隙与材料性能之间的关系 加州理工学院的研究人员，选择了铜（EOS Copper CuCP）、青铜（Stanford Advanced Materials，Cu-10Sn）和黄铜（American Elements，Cu-Zn-01-P）3D打印多孔材料，并使用同类全密度样品比较导电性和机械性能。研究人员设计了一系列工艺参数进行样品打印和表征，样品孔隙率与LPBF参数密切相关。在保持等效能量密度的同时增加扫描间距会导致熔体轨迹宽度增加和表观孔径增大，而总体样品孔隙率没有显著变化。孔隙率和表面形态的控制显示出对材料选择和加工参数的强烈依赖性。 通过LPBF工艺打印的多孔纯铜、青铜和黄铜（所有图像的比例尺均为5mm） 在建立参数选择和微观结构孔隙率之间的相关性后，研究人员的目的是了解产生的孔隙率对铜基样品电性能的影响。对立方体和圆柱形样品进行电导率测量——电导率随着孔隙率的增加而降低。尽管通过LPBF制造的铜和黄铜的全密度样品缺乏，限制了样品之间相对电导率的比较，但实验仍展示了通过参数调整对所有材料的电导率进行控制的能力。对于每种材料的最高密度，无论是立方体还是圆柱形样品，材料的电导率都是从青铜到黄铜再到铜逐渐增加的。 用于控制孔隙率的不同LPBF参数的加工铜、青铜和黄铜样品的表面特征 参数引起的孔隙率对铜、青铜和黄铜电导率的影响 不同孔隙率下的铜、青铜和黄铜样品的电导率、弹性模量和压缩屈服强度之间的关系 孔隙率的局部控制可以为航天器的结构、热、电和电化学应用提供独特的性能。这项工作展示了通过调整LPBF加工参数来控制铜、青铜和黄铜的孔隙率、电气和机械性能。通过选择适当的参数组合，证明了铜基合金孔隙率的控制，铜的孔隙率变化为20%，青铜为50%，黄铜为45%。此外，还探讨了参数引起的孔隙率对电气和机械性能的影响，展示了通过调整孔隙率可以为电气和机械性能的调节提供新设计空间。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.史玉升教授&吕坚院士团队：3D打印微晶格超材料！实现突破性的结构-功能一体化 2.NASA研究团队发现金属3D打印孔隙特征大有利用价值并发布可控工艺研究成果 3.Science团队再发自然通讯：纯铜3D打印获重大研究进展！ 4.增材制造CuCrZr铜合金大综述

本月，行业巨头3D Systems获得一份约18亿元人民币的超级大单，以支持其“透明矫正器的间接制造”，有效期至2028年。 Figure 4技术是3D Systems推出的先进增材制造技术，它利用非接触式投影成型打印技术和高质量的塑料树脂，模块化和可扩展的制造解决方案，为用户提供从原型制造到生产的高效解决方案。该技术打印速度高达100毫米/小时，显著提高了生产效率。Figure4的设备机械系统结构使最终零件和材料成型质量更高，包括韧性、耐久性、耐高温性和弹性体性能的改善，它是适用于生产环境的高效且经济实惠的数字化制造解决方案。 多喷头打印 (MJP) 则是一种喷墨式打印流程，使用压电打印头技术来逐层沉积光固化塑料树脂或铸造蜡质材料。MJP 用于构建部件、模型和拥有精密细节的模具，能够满足各种不同的应用需求。这些高分辨率打印机经济实用，使用可熔融或可分解的支撑材料让后处理变得简单。这也使移除支撑材料的操作实现了自动化，甚至能够彻底清理最脆弱的部分和复杂的内部腔体，而不造成任何损坏。 35年前，3D Systems为制造业带来了3D打印的创新。今天，作为创新的增材制造解决方案合作伙伴，该公司为每一次互动带来创新、性能和可靠性，使客户能够创造前所未有的产品和商业模式。由于3D Systems提供独特的硬件、软件、材料和服务，每个特定应用的解决方案都由其应用工程师的专业知识提供支持，他们与客户合作，改变他们交付产品和服务的方式。3D Systems的解决方案适用于医疗和牙科、航空航天和国防、汽车和耐用品等医疗保健和工业市场的各种先进应用。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.消费电子行业3D打印技术最新应用，AI设计冷板带来突破 2.无支撑、超薄壁、高表面质量！汉邦激光3D打印极限制造能力三大创新 3.中航迈特廊坊生产基地再扩容，金属3D打印设备产能全面提速！ 4.宝马3D打印技术应用新里程碑：2023年生产零件超40万件！

5月25日，东方电机自主研发的世界首台500兆瓦冲击式水轮机模型在中国水利水电科学研究院水力机械实验室率先通过验收，标志着东方电机率先完成世界首台500兆瓦冲击式水轮机模型开发，高水头大容量冲击式水电机组研制取得又一里程碑成果。根据消息，增材制造技术在关键组件研发过程中发挥了重要作用，助力攻克了“卡脖子”难题。 冲击式水轮机示意图   图源：东方电机 世界首台500兆瓦冲击式水轮机将应用于大唐扎拉水电站。该电站具有高水头、大容量、高海拔等特点，共装设2台单机容量500兆瓦的冲击式水电机组，东方电机负责其中1台套机组的研制供货。该项目入选国家能源局能源领域首台(套)重大技术装备项目，是现阶段国内唯一可开展500兆瓦级高水头大容量冲击式机组研制及应用示范的水电项目，也是目前世界在建综合难度最大的冲击式水电项目。 500兆瓦冲击式水轮机模型的成功开发，离不开东方电机在冲击式水电机组核心部件—冲击式转轮的技术攻关，这是长期以来制约我国冲击式水电站建设的“卡脖子”技术。在东方电机自主研发出冲击式转轮之前，我国在运的所有冲击式水电站使用的转轮，都只能从外商手里购买。 增材助力，攻克“卡脖子”难题 冲击式水电机组是服务国家“加快西南水电基地建设”重大战略需求的主力机型，转轮被誉为水电机组的“心脏”，是水电机组中研发难度最大、制造难题最多的核心部件。转轮在运行中受到高速水流的循环冲击作用，为典型的疲劳载荷，尤其是根部和外部水斗，制造质量和性能要求极高。如何为水电机组装上“中国心”？我国科研人员一直在探索攻关。 转轮的传统制造方式为根部水斗和中心体采用高性能锻件，数控加工后，再与外部水斗焊接。受制于设备能力和性能保障工艺，质量风险大、制造难度高，且水斗材料利用率低、制造成本高。针对高水头大容量巨型冲击式水轮机研制的“卡脖子”难题，东方电机牵头，联合科研院所、上下游企业，针对涉及水力、电机、工艺等方面的70多项课题开展联合技术攻关，最终采用锻件+增材复合制造模式进行转轮的增减复合制造，根部水斗高应力区采用锻件、次高应力区采用激光增材、低应力区采用电弧增材，不仅缩小锻件制造周期、降低锻件成本，更大幅度降低了锻件的制造难度，有效解决了大型冲击式转轮制造瓶颈难题。其中，采用多机器人电弧增材系统多部位协同制造外部水斗，突破了增材过程中多机器人集群控制技术，3台机器人历时40余天协同作业，完成2.7吨的金属增材。同时，过程中还充分融入数字化技术，实现了远程操控与多机器人无人值守作业，在国内首次实现了冲击式转轮外部水斗电弧增材制造的工程应用。 外部水斗电弧增材制造   图源：东方电机 经验证，采用电弧增材制造的外部水斗，在保证制造效率的基础上，将材料利用率由12%提高至85%，制造成本降低100-500万。 2023年5月16日，东方电机自主研制的150兆瓦级冲击式水电机组转轮成功下线，实现了我国高水头大容量冲击式水电机组关键核心技术国产化“从无到有”的历史性突破。 150兆瓦级冲击式水电机组转轮成功下线   图源：东方电机 2023年6月7日，国内单机容量最大的冲击式水电机组完成国产化改造，在川投集团金窝水电站成功并网发电，这标志着东方电机自主研制的具有全产业链完全自主知识产权的国产化首台150兆瓦级大型冲击式转轮成功实现工程应用，为国内单机容量最大的冲击式水电机组装上“中国心”，有力推动了高水头大容量冲击式水力发电机组国产化进程，为中国大容量冲击式水电机组研制奠定了坚实基础。 挑战接力，问鼎世界首台 有了成功应用经验，东方电机继续将增减复合制造技术用于我国正在研制的世界首台500兆瓦冲击式水电机组转轮。 扎拉水电站水头近700米，水流转换速度约120米/秒，这意味着，每一次水流冲击水斗产生的能量，大约相当于一辆1.5吨的汽车以450公里的时速撞击产生的能量，而每个水斗至少要承受150亿次这样的撞击。同时，转轮整体重量也从150兆瓦级的20多吨增加到约90吨。更大更重的转轮，带来的是工艺难度的“越级跳”增加，对工艺、材料、结构等都提出了更大的挑战。采用“由小到大、由简至难、步步验证”的总体技术路线，东方电机通过创新工艺设计、精准计算，掌握了大型冲击式转轮应力分布情况，在此基础上将激光、电弧复合增材技术应用于转轮制造，有效控制了转轮中心体锻件尺寸和重量，释放了大型锻件制造风险，确保了大型冲击式转轮中心体锻件高效、可靠制造。加上高质量焊接和高精度数控加工工艺、激光熔覆、表面纳米化改性技术的应用，有效提升了转轮抗泥沙磨蚀性能，增强了转轮抗变形、抗断裂的能力，可确保转轮循环疲劳寿命不低于150亿次。 2023年7月14日，东方电机牵头研制的世界首台单机容量最大功率500兆瓦冲击式水电机组转轮中心体锻件成功下线。 500兆瓦冲击式水电机组转轮中心体锻件成功下线   图源：东方电机 2023年8月31日，东方电机牵头研制的世界首台单机容量500兆瓦冲击式水电机组转轮中心体锻件率先全面通过验收，实现了500兆瓦高水头大容量冲击式水电机组研制里程碑突破。 500兆瓦冲击式水电机组转轮中心体锻件全面通过验收   图源：东方电机 2023年12月19日，扎拉水电站500兆瓦冲击式水电机组转轮在东方电机开工制造，开启了我国高水头大容量冲击式水电机组研制新征程。 500兆瓦冲击式水电机组转轮在东方电机开工制造   图源：东方电机 2024年5月25日，东方电机自主研发的世界首台500兆瓦冲击式水轮机模型，在中国水利水电科学研究院水力机械实验室，经专家组成员一致同意，率先通过验收，完成了世界首台500兆瓦冲击式水轮机模型开发。 世界首台500兆瓦冲击式水轮机模型验收专家合影   图源：东方电机 持续发力，实现世界领先 对于冲击式水电机组，东方电机有一个“三级跳”计划：第一跳，自主研制150兆瓦冲击式转轮；第二跳，依托位于西藏怒江支流的扎拉水电站工程，健全研发体系，掌握冲击式水电机组全套技术，实现500兆瓦级巨型冲击式机组的自主研制，达到世界先进水平；第三跳，攻克更大容量、更高水头下冲击式水电机组的一系列技术难题，完成700-1000兆瓦级巨型冲击式水电机组的自主研制，实现世界领先。 很高兴如此宏大的计划中有增材制造技术的深度参与。已经实现工程应用的国产化首台150兆瓦级大型冲击式转轮，和此次通过验收的世界首台500兆瓦冲击式水轮机模型，是激光+电弧增材制造技术可满足高难度水力能源应用的有力证明。后续，我们期待增材制造技术助力更多关键核心技术攻关、“卡脖子”技术难题突破，为我国水力发电产业高质量发展新篇章提供更坚实的技术支撑。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.在轨制造，再进一步！太空3D打印即将开展舱外打印实验 2.使用多工艺融合开发3D打印多材料梯度合金 3.新质生产力下，手板行业借助3D打印技术转型升级 4.超大幅面与高精度革新种植模型3D打印

人工关节假体是一种替代受损关节的既定策略，可以有效地为患有严重关节疾病的患者提供活动性和舒适性。目前，金属关节假体被广泛用于制造人体的各种关节，如钛合金髋关节和钴铬合金膝关节。 然而，最近的发展逐渐转向聚合物材料，特别是聚醚醚酮（PEEK）假体。PEEK因其良好的生物相容性和令人印象深刻的机械性能而备受推崇，可与天然皮质骨强度相媲美。值得注意的是，PEEK具有比金属材料更出色的耐磨性和更低的密度，使其成为一种非常有前途的人工关节材料。 不同材料组成的人工关节 虽然人工关节假体目前使用注塑成型工艺制备，但它们受到形状结构复杂、模具开发成本高和制备周期长的限制。由于对具有改进治疗效果的关节假体的需求增加，必须开发个性化的关节假体。3D打印可以通过逐层堆叠材料，在短时间内直接构建个性化的外观结构，提供个性化且经济的解决方案。 需要指出的是人工关节和原生关节毕竟有不同之处。增材制造技术前沿查询发现，在人体的原生关节中，关节头和关节杯的表面有软骨组织覆盖，该组织能分泌适量的润滑液，形成一个良好的自润滑系统，使关节在70-80年中保持正常工作。人工关节植入破坏了原有的自润滑系统，工作中相对运动面会发生磨损，每年约产生500万颗磨损颗粒。这些磨粒在植入物与肌肉界面产生聚集，导致生物对异体的反应，诱发相应数量的细胞吞噬这这些颗粒，最终使原先紧密结合的"人工关节一人工骨"系统发生松动。 完整的peek膝关节系统，包括股骨组件、胫骨组件、聚乙烯衬垫和髌骨组件 增材制造技术前沿查询到，以PEEK为例的一套人工关节系统，其由PEEK和UHMWPE（超高分子量聚乙烯）形成“软对软”的关节配副形式。PEEK在3D打印过程中独特的打印方向决定了其摩擦学特性。摩擦副的摩擦系数和磨损速率略高于注塑成型摩擦副，这可能是由于几个原因造成的。 西安交通大学李涤尘教授团队研究了3D打印方向对PEEK关节假体摩擦学特性的影响，并以Transfer film effects induced by 3D-printed polyether-ether-ketone with excellent tribological properties for joint prosthesis为题发表在Bio-Design and Manufacturing上。 https://link.springer.com/article/10.1007/s42242-023-00258-y 在这项研究中，研究人员使用熔丝工艺制造制造了PEEK关节假体，并使用25% 新生小牛血清中的针板摩擦计研究了打印方向对其摩擦学特性的影响。由于3D打印凹槽形貌对磨损碎片的机械捕获，在PEEK表面形成超高分子量聚乙烯转移膜，这受到PEEK打印取向的显著影响。当打印方向平行于摩擦的滑动方向时，由于较高的稳应力，转移膜的数量和尺寸增加。该转移膜保护了基体，使摩擦副的摩擦系数和磨损率分别降低了39.13%和74.33%。此外，该研究结果为打印方向在膝关节假体设计中的作用提供了新的视角，促进了其实际应用。 (a) PEEK打印工艺；(b)不同打印方向制造的样品进行后处理；(c) 样品摩擦实验 打印方向在膝关节假肢设计中的应用；a 应力迹线b 膝关节的运动形式 c 3D打印路径设计   不同屈曲角度下膝关节的有限元（FE）分析 膝关节假体：a 模型的放置形式；b. PEEK 股骨髁假体 研究人员展示了在医疗设备（如膝关节假体）的设计中考虑打印方向的潜在好处。膝关节复杂的力学环境导致股骨髁突发生复杂的应力变化。因此，假肢的3D打印路径应结合不同位置的功能要求进行设计。在膝关节假体中，股骨髁的外部与胫骨托盘摩擦数年甚至更长时间。因此，理想的膝关节假体的股骨髁外应具有优良的耐磨性，内部应支撑骨组织向股骨髁的生长，以实现假体与骨组织之间的生物固定，以获得足够的生物活性。此外，膝关节假肢还必须具有足够的机械强度来承受外部载荷。当股骨髁的外部设计在同心路径上时，无论滚动或滑动，PEEK细丝的打印方向都可以保持一致的运动方向，从而使外部具有出色的耐磨性。由于通过3D打印对力学性能的各向异性，在外部同心路径的前提下，中间层的直线路径可以保证最佳的机械强度。总的来说，这个例子突出了3D打印方向在改善关节假体的性能和功能方面的潜力。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.特斯拉机器人使用PEEK减重，多股涨停！国内3D打印方案已突破性发展 2.工业级FDM增材制造 | 迈入高速、高精度创新发展阶段 3.华曙高科助力南理工碳纤维增强PEEK增材制造工艺研究获重要成果 4.高性能聚合物3D打印在石油、天然气行业有重要应用

由于减轻重量是赛车和航空航天等行业的首要任务，许多制造商转向使用轻质铝硅镁合金，如AlSi10Mg和F357，用于3D打印赛车、火箭等各种部件。3D打印技术参考此前发表过多篇关于3D打印铝合金的技术文章。 近日，一种新型铝合金——Aheadd CP1引起了关注，其由全球领先的铝产品和解决方案提供商Constellium专为金属激光粉末熔融技术设计，据称已在许多增材用户中的采用率超过了铝硅镁合金。 成分特点根据介绍，CP1是专为增材制造工艺的严格要求而从头开始创建、定制和设计的，它避免了制造商在使用其他铝合金时所面临的一些挑战。其特殊的成分包括锆和铁，而不同于F357、AlSi10Mg等合金中常见的硅和镁。由于CP1具有较高的固相线温度，且不含镁（使其更适合钎焊）以及不含硅（硅在焊接时可能导致气孔），它正逐渐成为需要与传统材料钎焊或焊接的应用的首选合金。热处理更加简单快捷 CP1的另一个优势在于：使用F357铝合金打印零件后，制造商必须通过包括固溶处理、淬火和时效在内的三个独立步骤进行热处理。虽然包括AlSi10Mg在内的其他铝硅镁合金更容易进行热处理，但它们在强度、耐腐蚀性和阳极氧化能力等其他材料性能上并不符合许多应用的需求。而CP1零件仅需进行一次四小时的低温处理过程，这大大节省了时间和成本，并避免了在高温处理时可能出现的热变形。  由SLM solutions机器3D打印的该合金的热交换器更易焊接、阳极氧化和蚀刻 PWR是一家全球性冷却系统技术供应商（主要提供散热器和热交换器），产品适用于高性能赛车运动。他们与一级方程式赛车、纳斯卡赛车和其他赛车相关实体密切合作，最近还扩展到电子、军事和航空航天行业。 PWR增材制造工程师Toby Maconachie表示，“我们的大部分成功案例都是通过焊接来连接不同材料组件而成的，这促使我们从F357转向CP1，从而能够对这些组合组件进行钎焊和快速热处理。” 此外，由于PWR通常采用硬质阳极氧化或化学蚀刻来加工其产品，因此他们一直遇到F357在加工过程中产生过多“污迹”的问题。Maconachie 表示：“我们从Constellium获得CP1样品后，首先测试的一件事就是可以对其进行哪些表面处理。我们发现，CP1基本上与传统组件一样好，更容易根据需要进行阳极氧化和蚀刻。” 性能优势明显 除了固有的耐腐蚀性能外，CP1在高达300°C的温度下仍能保持稳定的微观结构，这使得成品零件能够更好地维持其在如热交换器等有价值的高温应用中的性能。 3D Systems采用该合金3D打印的半导体行业散热器 Constellium已证明，用该材料制造的部件具有相同的机械特性，即各向同性，无论其几何形状在构建板上如何定向。这简化了设置时间，并使工程师能够优化其他所需属性，例如表面粗糙度或其他需要在特定方向具备更高强度的要求。 该合金热处理后的机械性能（来自velo3D） velo3D采用该合金3D打印的不同层厚角度特征表面粗糙度 CP1成分的一个重要附带好处是，其一步热处理可沉淀锆和铁相，从而形成几乎纯的铝基体，具有高电导率和热导率。测试表明，其导电性能指标等于或超过了一些更昂贵的非铝合金。（热处理后CP1的热导率为187W/mK；F357标准值约为150W/mK，标准3D打印钛合金Ti6Al4V约为6.7W/mK） CP1的稳定性还允许其可以使用大层厚进行打印，制造商发现从50微米层增加到100微米层可将总打印时间缩短多达60%，这还可以减少电能消耗并降低每次打印的氩气消耗。Maconachie表示，“CP1的这一特性真正改变了游戏规则。过去，增材制造机器的吞吐量和相应的生产成本一直是客户采用增材制造解决方案的主要障碍。但随着打印层厚度达到100微米，打印时间显著缩短，我们能够开启新的机遇。” 由SLM solutions机器3D打印的该合金 基于以上优势，CP1已经获得在多种不同的增材制造系统中获得使用资格。粉末生产的可扩展性和整体较低的配料成本使其成本进一步降低。3D打印技术参考注意到，国际汽联，一级方程式赛车和其他全球赛车运动的管理机构，最近批准从2024赛季开始在一级方程式赛车上可使用Aheadd CP1合金。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.南航占小红教授团队：铝合金激光同轴熔丝增材制造重要发现！ 2.马前教授团队最新：3D打印轻质/高效/铝合金超材料！ 3.大连理工：激光定向能量沉积法制备熔体自生氧化铝/钛酸铝的开裂机理研究 4.四机构联合：铝合金增材制造顶刊大综述！