近年来，增材制造作为一项生产技术已经越来越重要。特别是，金属激光粉末床熔融工艺已在航空航天、医疗、工具制造以及通用机械和工厂工程等行业实现批量生产。增材制造工艺提供了高度的设计自由度，可以根据发生的负载来优化组件结构，从而可以大量合并零件。功能集成的可能性也已在许多行业得到开发，可以有针对性的制造固态接头或多孔结构。然而，到目前为止，这些组件始终由单一材料制成。 高制造成本与高额回报  仔细观察增材制造的工业应用就会发现，批量生产通常是在高科技应用中实现的。这不仅是因为在高科技领域需要最大的设计自由度以实现优化的器件性能，而且还因为在此类应用中更高的制造成本更可能被接受。其原因是，由于在使用组件过程中不断实现节省，生产成本可以在短时间内得到补偿，甚至过度补偿。 因此，可以进行投资回报计算，其中几年、几个月甚至几天内实现的节省超过了生产部件增加的成本。例如，如果阀块不是通过传统铣削和钻孔方法制造的，而是通过增材制造设计 (DfAM) 进行流量优化，可以减少流量损失。这就可以使用更小的泵体，从而不仅节省投资，而且节省持续的能源成本。鉴于我们已经看到这些高科技领域利用增材制造实现了新的可能性，很明显这些领域也将受益于多材料增材制造。  多材料3D打印工艺步骤 根据ISO/ASTM TR 52912的定义，多材料组件是包含至少两种牢固结合在一起的不同材料。纵向多材料组件的生产（在连续层之间发生材料变化）目前已经可以在大多数商用SLM机器上进行，其过程是首先打印一种材料到一定高度，然后将粉末更换为另一种并以上一种材料打印的零件作为基体继续打印。在该过程中，将面临整个机器的清洁，如有必要，还可能需要进行集尘器、密封组件的更换。  沿工艺链进行多材料加工的挑战 总之，上述方式实现的多材料增材制造相对耗时，所实现的材料复合仅能是二维截面。对于3D多材料部件的打印，两种材料必须同时存在于一层内。因此，3D多材料组件的特点是材料可以随机分布。此时，传统的打印机无法实现多材料粉末的铺设。对于通过SLM工艺生产3D多材料部件，有必要在软件和硬件方面对现有的打印机进行改造，并在每个步骤中调整工艺链。 01模型预处理 首先，材料分布需要由设计者定义。这可以由应用设计师通过自己的专业知识或使用模拟工具来完成。一旦知道所需的材料分布，就需要为增材制造工艺生成零件的三个子模型。对于每个材料部分，需要一个单独的模型（子模型），以便允许在SLM打印过程中进行合适的参数设置。  多材料SLM工艺的零件建模：每个材料部分都需要自己的子模型以允许后续分配参数  多材料零件的参数化，重点关注两种特定材料 A 和 B 之间的过渡区 (C)。说明：Ed = 能量密度，PL = 激光功率，vscan = 扫描速度，dHatch = 填充距离 除了按材料生成的子模型之外，还需要第三个子模型来描述材料之间的过渡区域。对于每个部分，构建过程通常需要特定参数，以确保材料具有足够的质量。这意味着，为了获得高相对密度值和无裂纹材料，每个材料区域的激光功率、扫描速度和填充距离可能会有所不同。此外，根据扫描顺序，可能会发现零件质量存在差异。 02铺粉过程 多材料SLM工艺中最重大的挑战是对多种材料实施铺粉。传统的铺粉机构无法在一次构建作业中应用两种粉末材料。因此，需要对设备和软件进行重新设计才能实现多种粉末的铺设。德国Fraunhofer IGCV 实验室对一台SLM Solutions SLM® 280 2.0进行了改造，使其能够铺设和打印多材料。该机器在一次构建作业中能打印两种粉末材料。此外，铺粉机构配备有抽吸装置，能够去除多粉末层，多材料循环遵循以下步骤： 将材料 A 铺在第 n 层并根据设计进行熔化 未凝固的粉末材料A被抽吸装置吸走 根据 CAD 设计，材料 B 被铺设在第 n 层并熔化，未熔化的粉末材料 B 保留在构建室中 构建平台降低一层高度，并对第 n+1 层重复步骤 1 遵循步骤 1-4 中描述的原理，材料 B 保留在构建室中，而材料 A 则不断地被抽吸装置吸取    Fraunhofer IGCV 实验室的多材料SLM® 280 2.0 机器内部视图 03后期处理 除了单一材料加工中已经熟悉的挑战（例如从零件中去除松散粉末或去除支撑结构）之外，粉末混合物的分离是多材料加工带来的关键挑战。在步骤 1-4 中描述的铺粉过程中，两种粉末材料的混合是不可避免的。理论上，仅去除一种粉末就足够了，通过完全移除材料 A，仅留下材料…

3D打印技术参考注意到，美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)和NASA的研究人员于近日展示双方合作3D打印的月球车车轮原型，显示了该技术在制造对太空探索至关重要的专用部件方面的潜力。 该部件基于一辆名为挥发物调查极地探测车(缩写为VIPER)的月球车，它是NASA“阿耳忒弥斯”(Artemis)计划的一部分，负责探寻月球极地的水资源。此次3D打印的月球车车轮就是基于该探测车的设计，NASA打算在2024年部署这款探测车，用于绘制月球南极的冰和其他资源地图。 ORNL和NASA 3D打印的月球车车轮原型，将对其进行测试并与传统制造的车轮进行比较 NASA机械设计工程师（左）和ORNL研究员（右）检查3D打印的月球车轮原型（图片来源：CarlosJones，ORNL/美国能源部） 该原型车轮由镍基合金制成，宽度约203mm，直径为508mm。使用3D打印，该团队实现了复杂的轮圈设计，没有额外的成本或制造挑战。相比之下，实际将在月球上工作的VIPER车轮需要多个制造工艺和组装步骤，VIPER的50片轮辋由360个铆接接头固定在一起。为了满足任务的严格要求，制造过程需要复杂且耗时的机械加工。 如果3D打印的车轮与传统制造的车轮的坚固性相匹配，未来的探测器车轮可能会选择这种单打印轮圈，该轮圈在ORNL只花了40个小时就生产出来。3D打印工艺引入了倾斜侧壁、圆顶形状和波浪形胎面等功能，从而增强了车轮的刚度。 3D打印允许将精细的设计细节（如圆顶形状的波浪胎面）纳入原型月球轮中（图片来源：CarlosJones，ORNL/美国能源部） 美国宇航局机械设计工程师兼休斯敦美国宇航局约翰逊航天中心增材制造实验室经理理查德·哈根表示，“许多车轮特征的加入只是为了强调增材制造的用途，它可以轻松实现传统工具甚至传统加工难以实现的设计功能。”尽管3D打印的轮子原型并非注定要登上月球，但其符合NASA VIPER轮子的设计标准。进一步的测试将评估这种设计及其制造方法，以用于未来的太空任务。 增材制造可以减少能源消耗、材料浪费和交货时间，还支持复杂的设计并允许定制材料属性。美国能源部的制造示范设施十多年来一直引领此类技术，并于2022年使用3D打印机开发了车轮原型。这台打印机的大小足以容纳一个人，其配备两台同步激光器和一个旋转的构建板，以选择性地将金属粉末熔化成所需的结构。 打印月球车轮原型的团队成员在3D打印机前展示成果（图片来源：CarlosJones，ORNL/美国能源部） “在相同的激光功率下，这极大提高了生产率”，负责新型激光粉末床熔融系统开发的Peter Wang表示，并补充说沉积速度提高了50%。“我们只是触及了该技术的皮毛，我真的认为这将是激光粉末床打印的未来，尤其是大规模和批量生产。”王和项目团队成员最近发表了一项研究，分析了电动机等打印组件技术的可扩展性。 3D打印简化了车轮设计并降低了成本   尽管为车轮提供了更复杂的辐条结构和锁定功能，但3D打印简化了车轮设计并降低了成本，并使最终组装制造变得更加容易。Wang强调，打印机的独特性与团队在自动化和机器控制方面的专业知识相匹配。研究人员利用橡树岭国家实验室开发的软件将车轮的设计进行了分割——两个激光器可均匀分配工作——从而实现高效生产。 该打印机仅适用于特定材料，因此也有局限性。当打印厚度相似时，3D打印的车轮比VIPER的铝制车轮重50%。NASA打算在NASA约翰逊航天中心或专门的测试设施的流动站上测试这种3D打印车轮的性能，评估各种性能指标。 挥发物调查极地探测车(VIPER) 作为阿耳忒弥斯计划的一部分，在月球上建立的载人研究站将需要地外制造能力。“能够在太空中制造维修零件非常重要，因为你无法获得足够的备件，用于打印的粉末、颗粒或长丝更容易包装，并且具有更大的灵活性“，哈根表示。 橡树岭国家实验室的研究人员监测原型月球轮的打印过程 “增材制造提供了灵活性，只要有原料，就可以制造所需要的任何替换零件，无论是在太空还是在地球上，”橡树岭国家实验室火星车轮项目的负责人布莱恩·吉布森表示。这就是增材制造引起一系列替代需求的原因，从快速制造的模具到难以采购的铸件和锻件。对于太空探索，3D打印最终可以使用来自月球或火星的当地材料作为原料。 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.视频：NASA 5700万美元支持月球基地3D打印技术研究 2.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 3.62页成果下载：ASTM发布由NASA支持的增材制造现场监控技术战略指南 4.NASA着力开发火箭发动机的多合金和多工艺增材制造

文物是历史文明的印记，现代3D打印技术与历史文物，究竟会碰撞出什么样的火花呢？近些年，借助全新的技术，我们能够以辅助的技术方式呈现拥有悠久历史的文物，从而为观众提供更多的趣味性和更细腻的互动体验。但鲜为人知的是，在上述这些创新展示中，3D打印技术扮演了关键性的角色。   中华缠枝纹薄胎玉壶 近日，一部特火的短剧《逃出大英博物馆》掀起一阵“让文物回家”的热潮，该剧将大英博物馆中的一盏中华缠枝纹薄胎玉壶（以下简称玉壶）拟人化，以一种生动有趣的方式展现了玉壶逃离大英博物馆的过程，引发了人们对中国文物流失海外的关注和思考，并加深了对中国文物流失问题的了解，从而引起更多人对文物保护的关注与重视。 《逃出大英博物馆》 中华缠枝纹薄胎玉壶的原型——青玉薄胎茶壶，并非历史文物，而是一件来自苏州的工艺品，出自中国工艺美术大师、苏州玉雕省级非遗传承人俞挺之手  中华缠枝纹薄胎玉壶由一整块十三公斤的青玉玉料，历经半年时间精雕细琢而成，采用传统中国茶壶形制，壶上有宝相花、壶身缠绕福寿藤。值得注意的是，薄胎工艺是中华缠枝纹薄胎玉壶的最大亮点。普通玉器器皿的胎壁厚度差不多在5毫米，薄胎玉器器皿的胎壁只有1毫米左右。因为只有达到这个薄度之后，玉器才会产生一定的透光性，在灯光的辅助下产生发光的感觉，就像大家在网上看到的“发光”的中华缠枝纹薄胎玉壶一样。RAYSHAPE 3D打印，让玉壶“回家”团圆 文物思家国，国人盼物归，如果文物会说话，那定是话语间都充满思国之情。在2023年中秋节即将到来之际，铼赛智能（RAYSHAPE）专业团队决定利用3D打印技术，让玉壶“回家”团圆。 铼赛智能（RAYSHAPE）将3D打印数字化解决方案用于复刻玉壶。选用自主研发的红蜡树脂材料，它是一款高端模型树脂，该材料成型精度高，具有高精度、高表现力等优点,使用该材料打印的模型效果图案精细，使得玉壶的细节表现力极佳，可轻易获得精细的缠枝纹图案，是高端手办、潮玩的最佳模具材料，打印件可直接用于翻模或定制最终产品。 RAYSHAPE红蜡树脂打印的玉壶 同时，为了更好的复刻出原型玉壶的颜色透光性，RAYSHAPE专业团队还选用自主研发的铸造蜡型树脂材料来复刻玉壶，可以看到复刻的玉壶表面非常光滑，高度还原出壶盖和壶身上的所有玉雕细节。另外，铸造蜡型树脂材料晶莹通透，完美复原了采用薄胎工艺原型玉壶的透光感。 RAYSHAPE铸造蜡树脂打印的玉壶 文化与3D打印技术相辅相成、相互促进熟悉RAYSHAPE的朋友都知道我们专注于高精度光固化3D打印技术，具备3D打印机、软件、材料、工艺等环节的自主开发与应用落地能力。无论是文物的数字化建档、修复，还是雕塑、手办模型的数字化设计，处处都有RAYSHAPE 3D打印技术的身影。 随着时代的发展，3D打印技术的出现和应用，开辟了文物保护、修复、复刻和展示的新纪元。我们可以看到，3D打印在文化的展示和传承中起到了承上启下的作用。 3D打印通过数字三维技术，使得历史文物能以新面貌、新方式展示在世人面前，这不仅让历史文化得到更好的保留、还原和传承，还作为一种纽带为我们讲述了一个历久弥新的故事，千年历史与现代串联起来，让历史文物在现代科技的保护下，焕发出了全新的生命力。 如果您对RAYSHAPE 3D打印的中华缠枝纹薄胎玉壶感兴趣，可以添加RAYSHAPE-3DP，微信获取模型数据。 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.RAYSHAPE完成A+轮融资，发布4K大尺寸DLP 3D打印机 2.HP与知名运动品牌合作开发3D打印跑鞋 3.3D Paint：将二维图像转换为3D模型 4.清华大学最新《Science》：开发出无机材料普适性3D打印新方法

惠普MJF技术是当前尼龙、弹性聚氨酯等粉末材料重要的3D打印技术之一，自诞生以来已取得巨大的商业成功，并与激光烧结3D打印工艺竞争激烈。惠普公司也因此在3D打印技术领域站稳脚跟。该公司指出，其独特的3D打印解决方案使汽车、医疗保健、工业、包装、消费品和体育用品等行业的制造和生产更加可持续。与传统制造相比，使用3D打印生产最终零件和原型的速度更快，并且可以使用更少的能源、更少的时间并带来更少的浪费。 3D打印技术参考注意到，在10月5日的惠普Imagine大会上，其公布了与 Brooks Running的新合作伙伴关系，并指出此举将颠覆高性能跑鞋市场。Brooks Running是一家具有百年历史的美国知名运动鞋和运动服装品牌，专门设计和制造跑步鞋、跑步服装和相关运动配件，是全球领先的跑步鞋品牌之一。2022年1月，该公司成为美国成人高性能跑鞋业中的顶级品牌，市场份额达到21%。双方合作带来的第一个创新成果是Brooks Exhilarate-BlueLine跑鞋。 惠普与Brooks Running的合作可以追溯到2017年，当时这家鞋类公司依靠惠普的FitStation足部扫描仪来打造个性化跑鞋。如今，Brooks BlueLine实验室 与惠普合作采用MJF聚合物3D打印技术创建了Exhilarate-BL系列。 ‍ 具体来说，MJF用于3D打印鞋子的“3DNA”中底，旨在提供“推进力、弹性体验”。它还根据跑步者的数据专门设计和调整尺寸，以便跑步者的每一步都拥有最佳的缓冲和弹性。据报道，惠普独立验证了其MJF技术3D打印的中底，其能量回报比当今市场上90%的跑鞋中底更高。 BlueLine鞋类产品线管理和总监Nikhil Jain表示，“使用惠普的3D打印技术，我们的设计团队能够以毫米级的方式对中底元素进行微调，这是其他方式无法实现的。作为一个植根于每个人都有独特运动路径的科学品牌，我们在如何改变脚下体验并使用3D打印提供优质、高性能的跑步体验方面仅仅才开始，未来将有更大的创新潜力。” 惠普进入鞋类生产领域的独特之处在于，它正在以多种方式应对这一细分市场。虽然阿迪达斯只用Carbon的Clip技术3D打印中底，但惠普有许多用户在探索MJF工艺，用于运动鞋、名牌鞋和日常休闲服的中底、鞋面和鞋垫生产。例如，迪卡侬、Lonati集团生产的鞋中底和外底使用了MJF工艺；锐步使用惠普的工艺3D打印了整双鞋；Hilos正依靠MJF工艺生产具有3D打印中底的休闲鞋，其中80%由回收材料制成；巴塞罗那初创公司ATHOS也在利用惠普的技术创造了登山鞋。 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.生产效率大跃升！3D打印助力鞋模成功瘦身1.6KG！ 2.联泰科技3D打印助力福欣精密科技鞋模厂产业新升级 3.3D打印解决方案，以让大众消费群体穿上高舒适度的定制鞋为目标 4.鞋类新视角！万物皆可3D打印？

CuCrZr合金由于具有良好的导电性能和力学性能，被广泛应用于国际热核聚变实验堆(ITER)零件、航空发动机零部件、高铁接触线等领域。然而，传统的加工方式（铸造、锻压、拉拔等）难以加工结构复杂的零部件，且加工生产周期长，成本高。近几十年来，3D打印技术发展迅速，采用SLM技术制备CuCrZr合金零部件已成为一种趋势。 铜铬锆(CuCrZr)三元体系主要依靠Cr的析出或CuxZry化合物（如Cu4Zr和Cu5Zr等）来改变微观结构，从而改善物理性能。研究表明，热处理对SLM制备的铜合金有显著影响。 上海理工大学材料与化学学院陈小红教授团队唐湘鹏等研究了热处理对金属3D打印CuCrZr合金力学性能及导电性能的影响。采用SLM制备后的CuCrZr合金屈服强度（YS）高达411 MPa，抗拉强度（UTS）为460MPa，延伸率13%，硬度145HV。然而导电性能较差，只有31% IACS。在500℃下时效1h后，UTS可达585 MPa，电导率为64% IACS。时效后的样品与打印后的相比，力学、导电性能大大提升。 该团队使用的CuCrZr粉末由威拉里新材料科技有限公司提供，打印设备由德国通快公司提供（型号：TruPrint 1000），打印前316L不锈钢基板预热至200℃，打印出了25mm高的样品。 实验过程及实验结果 由于在打印过程中粉末吸收激光能量而熔化且冷却速度快（104 -106 K/s），液态的CuCrZr会快速凝固。因此，打印后的CuCrZr合金由于存在高密度的位错，样品的导电率较低。为改善合金的综合性能，样品需进行热处理。 与传统铸造CuCrZr合金的热处理不同，打印态（AB）CuCrZr样品中铜基体会形成过饱和固溶体，样品可以不经过固溶处理而直接进行时效处理。热处理在CVD管式炉中进行，通入氮气作为保护气体，防止氧化。该团队研究了五种热处理工艺对性能的影响，其中主要分析500℃ 时效1h下的样品（500DAH_1h），因为在本实验中该条件下制备样品的力学性能最好（UTS：585MPa）。 热处理方法及样品大小 经过500℃时效处理1h后，抗拉强度提高至585MPa，同时，塑性略有提高(总伸长率为14.4%)，性能可与传统加工CuCrZr合金相媲美(ASTM C18150)。当时效时间增加到2h时，抗拉强度下降(569 MPa)，塑性变差(6%)。同时，时效温度升至550℃时，抗拉强度和硬度均低于500DAH_1h试样，但延展性有所提高，延伸率达到20%，这可能是过时效造成的。固溶后的样品（SA）的抗拉强度和硬度均低于AB样品，但塑性大大提高，延伸率达到40%。固溶时效的样品（SAAH）强度增强，伸长率降低。在500℃直接时效1h后，CuCrZr样品的力学性能优于其他热处理的样品。 AB样品具有相对较低的导电率(31% IACS)。经热处理后，样品导电率大大改善。500DAH_1h样品电导率达到64% IACS。提高时效温度或时间后，合金的导电性能会增强，这是因为析出行为与时效温度和时效时间相关。SA样品的导电率和导热率较差(56% IACS)。SAAH样品中，溶解在铜基体中的原子析出，由于晶格畸变程度增加，导电率提高到84% IACS。 不同状态下CuCrZr合金的力学性能、导电率及热导率 研究还讨论了四种强化机制（细晶强化、析出强化、固溶强化和位错强化），其中析出强化是对CuCrZr合金最有效的强化方式。理论计算的屈服强度值与实验结果之间的误差不超过15%，误差原因可能与TEM和SEM图像中的测量误差有关，如统计的晶粒大小、析出相大小等。此外打印后，热处理过的CuCrZr合金中也能找出一些的CuxZry粒子，这些粒子也能起到合金强化的作用。在打印成型过程中，由于熔池冷却凝固具有很高的冷却速率，位错会在晶界处受阻形成位错塞积，随后时效处理过程中Cr原子来不及析出而固溶于铜基体中形成过饱和固溶体以起到强化合金作用，强化效果约占理论上计算屈服强度的60%，而形成的固溶体对合金的强化几乎没有作用。位错密度降低也能对合金起到强化作用，最后对于直接时效处理后合金内部晶粒尺寸变化很小，对强度基本没有影响。 理论计算的屈服强度与实际的屈服强度 热处理对电导率的影响表现为，直接时效后，第二相Cr粒子析出，晶格畸变回复，缺陷减少，电导率增加。随着时效时间增加或时效温度的升高，导电率还会由于声子散射的减少而提高。此外，当Cr固溶于铜基体中，位错减少，晶格畸变减少，因此固溶体样品的电导率要高于原始打印态的电导率。直接时效处理的样品电导率要低于固溶后时效处理的CuCrZr合金。SAAH处理后样品合金内Cr沉淀会对声子散射有阻碍作用，从而降低电导率，与固溶体相比，Cr析出物对电子的散射效应更小。除了热处理，孔隙率对导电性有很大影响，这可以通过不断优化打印工艺参数来改善，从而提高导电性。另外，由于粉末中有铁，硅等杂质的存在，难以制备无缺陷的CuCrZr合金。铁，硅等杂质会降低铜合金的导电率。总之，打印工艺参数与打印后的热处理方式都对导电性有很大影响。 总的来说，本研究通过SLM技术，为制备结构复杂的CuCrZr合金零部件提供了新方法。高强、高塑性、高导电率的打印的CuCrZr合金有待进一步研究。  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.视频：3D打印铜-钢双金属热交换器 2.最新突破：粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造 3.高超声速客机发动机超燃试车，15%零件3D打印制造 4.调查研究：金属增材制造技术行业应用差异及释放潜力的条件

清华新闻网9月29日电 近日，清华大学化学系张昊副教授、李景虹院士和精仪系孙洪波教授、林琳涵副教授研究团队在无机材料的3D打印化学与技术方面取得了新突破。该研究基于纳米晶体表面配体的非特异性光化学交联反应和溶液中输运过程，实现了普适于无机功能材料的纳米级精度直接3D打印。 9月29日，该研究以“基于胶体纳米晶体间光化学键合的无机纳米材料3D打印”(3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystals)为题发表在《科学》（Science）期刊上。   3D打印已成为一项革命性的技术并深入地影响了我们的生活。借助3D打印将各类不同的功能材料与丰富的3D结构相结合，可以为构建微纳功能材料、光电集成器件、生物芯片等提供新的手段。但是，目前可用于3D打印的材料一般限于聚合物和部分金属材料，处于电子和信息产业核心，具有优越光、电、磁等性能的半导体等无机材料的直接3D打印则难于实现。其化学本质在于，3D打印结构的稳定性来源于打印材料中原子或分子间的化学键。无机材料如半导体或金属氧化物等难以在3D打印条件下成键，因此往往需要聚合物等作为模板，如此打印得到的混合物中无机物纯度低，无法保持原有的材料特性。  3D Pin打印原理 针对这一问题，研究团队开发了无需聚合物模板的无机材料纳米级精度3D打印新方法（简称为3D Pin）。该方法以胶体纳米晶体溶液为相应无机材料的原料“墨水”，设计了基于光生氮宾自由基的小分子交联剂，利用飞秒激光引发纳米晶体表面配体的光交联反应使纳米晶体间形成稳定的共价键连接，实现了普适性、高纯度（无机组分质量分数大于90%）、高精度（突破光学衍射极限，分辨率可达150纳米）的无机材料3D打印。 无机纳米材料的混合3D打印  该方法将胶体纳米化学设计与飞秒激光制造技术相结合，具有以下优势。胶体纳米晶体的组分多样性和氮宾与配体分子间的非特异性C‒H插入反应使得该方法可以普遍适用于半导体（如II‒VI、III‒V和金属卤化物钙钛矿等）、金属（如金）和半导体氧化物（如氧化铟、氧化钛等），并可实现多种不同材料的混合和异质结构打印；非线性光激发具有的高时空分辨特征使得打印溶液中纳米晶体间的成键和扩散过程高度限域，实现了纳米级精度、复杂三维结构的精密构筑；纳米晶体所具有的尺寸和结构可调性及尺寸依赖的物理性质等使得所打印的3D结构展现出独特的多级结构、高机械性能和优异的光学性质。所打印的II‒VI族半导体手性螺旋结构在宽光谱范围内展示出显著的手性光吸收特性，其不对称因子相比以往研究工作中利用自组装方法得到的半导体螺旋结构提升约20倍。该研究工作开发了无机材料的新的3D打印化学方法，为拓宽3D打印材料库并构建基于无机材料的3D结构与器件提供了新思路。 清华大学化学系博士后李馥、清华大学精密仪器系2019级博士生刘少峰、清华大学化学系2021级博士生刘王宇为论文共同第一作者。清华大学化学系李景虹教授、张昊副教授，清华大学精密仪器系孙洪波教授、林琳涵副教授为论文共同通讯作者。清华大学航天航空学院李晓雁教授、清华大学材料学院李正操教授等合作者为工作作出了重要贡献。 该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、清华大学自主科研计划和清华大学笃实计划、中国科学院战略性先导研究计划等项目的资助。 论文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg6681 注：本文内容来自清华大学新闻网。 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.金属激光增材制造中的激光熔化模式 | 清华大学赵沧教授最新研究 2.清华大学：3D打印超高强纳米点阵材料，达到理论强度极限 3.清华大学：熔体流动如何影响金属3D打印中的枝晶生长 4.3D打印，半年连发8篇Science/Nature正刊！

10月5日，3D打印技术参考注意到，GKN航空已与IperionX签订合作协议以优化钛合金材料供应链。此次合作引人注目的是，GKN将给IperionX提供钛废料，而后者将对此进行加工，制成100%回收3D打印钛粉。IperionX突破性的氢烧结和相变 (HSPT) 技术可优化钛的微观结构，以实现与轧制钛合金相当的强度和疲劳性能。 IperionX首席执行官Taso Arima表示：“GKN Aerospace是航空航天和军事市场钛合金可持续发展和精密制造领域的领导者。我们非常自豪能够与吉凯恩航空航天公司合作，将我们市场领先的高性能和可持续钛产品商业化。” 3D打印技术参考查询了该技术的钛合金低成本制造技术，这是一种氢辅助金属热还原工艺，它采用钛矿或废钛合金原料，以极低的能源强度生产钛粉，从而有可能在可持续的闭环中实现低成本、低碳排放的生产。氢可以使Ti-O不稳定，利用Mg还原TiO实现还原脱氧，形成满足工业需要的低氧含量的TiH，然后通过行业标准方法将TiH进一步加工成钛金属。 传统的钛合金生产方式是能源和成本密集型的，并会导致大量的温室气体排放。IperionX的钛生产和制造专利技术有望生产出高性能钛产品，而能耗和成本更低。在美国，先进工业所需的钛金属95%以上依赖进口，IperionX打算将钛矿物和金属生产带回国内，减少对国外原生钛进口的严重依赖，并以较低的成本强化供应链。 鉴于此，IperionX在近年来备受关注。美国空军、海军等能够极大量使用3D打印钛合金的部门均与该公司建立了合作，以期获得低成本的钛合金材料从而降低3D打印成本；福特高性能部门也与IperionX达成了合作，双方共同探索使用IperionX的创新低碳、100%回收钛金属生产钛部件；SLM Solutions也在今年与IperionX公司签订了一份不具约束力的谅解备忘录，后者将向前者供应回收再制造的钛合金粉末；实际上航天公司Relativity Space也与另一家钛回收再制造公司建立了合作以获取低成本的3D打印钛合金粉末。 总的来说，今年应用市场开始对于3D打印钛合金粉末回收再利用有着特别的关注，从汽车、医疗、军事到航空航天，都在开始尝试接触；而钛粉回收再制造公司也在更多的被市场关注。 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.顶刊综述：增材制造CuCrZr合金的机械、电气和热性能及未来展望 2.综述：激光增材制造金属零件残余应力及变形的研究 3.增材制造CuCrZr铜合金大综述 4.数十激光+米级幅面！2023年国内重量级SLM金属3D打印新品装备一览

铜及其合金由于具有优异的机械性能、热、电性能，被广泛应用于核工业和航空航天工业。在上期内容中，增材制造技术前沿介绍了上海理工大学团队发表的铜合金增材制造技术中对CuCrZr合金增材制造工艺和微观组织结构，本期内容，将介绍该材料的机械、电气及热性能，并对铜合金增材制造的未来进行展望。 1. 增材制造CuCrZr合金机械性能 采用L-PBF制备的CuCrZr合金拉伸性能普遍较低（YS：150-270MPa，UTS：49-347MPa，EL：15-42.4%），硬度（70-100 HV）。直接时效处理后，拉伸强度急剧增加（YS：325-527MPa，UTS：370-585MPa），延展性降低（EL：5-25%），硬度提高到150-200HV。同时固溶退火和时效处理后延展性大幅提高（EL：13–46%），强度降低（YS：218–253MPa，UTS：210–380MPa），硬度略有增加（110–126HV）。经过热处理后，CuCrZr合金机械性能提高，这主要有两个原因。一方面，在热处理过程中，位错密度和热残余应力都会降低。另一方面，纳米级的Cr和CuxZry颗粒在L-PBF工艺或热处理后析出沉淀。一些L-PBF制备的CuCrZr合金机械性能可以与传统的CuCrZr合金相媲美。除了L-PBF制备CuCrZr外，HLADED和AW-DED制备的CuCrZr样品的平均UTS（∼258.7MPa）略高于AW-DED样品（∼232MPa）。同时HLADED样品的平均伸长率（∼41.8%）略高于AW-DED样品（∼37%）。与现成的L-PBF制备CuCrZr合金相比，HLADED和AW-DED制备CuCrZr合金的拉伸性能优于大多数L-PBF制备的CuCrZr合金。HLADED和AW-DED制备的CuCrZr合金均表现出较好的延展性。HLADED样品的拉伸性能优于AW-DED样品。造成这种现象的原因可以用以下三个因素来解释。首先在HLADE过程中，激光能量输入对晶粒进行细化，导致晶粒细化。细化的柱状晶具有较大的晶界以阻止位错运动，强化合金。其次随着激光能量的输入，Cr均匀地析出在铜基体中，从而强化合金。第三，如前所述，HLADED样品的析出想含量远高于AW-DED样品，这是HLADED样品优越的力学性能的原因。到目前为止，没有关于EB-PBF工艺构建的CuCrZr合金拉伸性能的数据。   图7 HLADED和AW-DED CuCrZr合金的拉伸性能：（a）AW-DED和（b）HLADED样品的应力-应变曲线；（c）AW-DED样品的微观组织和（d）Cr沉淀；（e） HLADED样品的微观组织和（f）Cr沉淀；（g，h）AW-DED样品的断口；（i，j）HLADE样品的断口  2. 增材制造CuCrZr合金的各向异性 AM的CuCrZr合金存在拉伸性能各向异性，各向异性源于柱状晶结构，是由于AM过程中的高热梯度和凝固速率引起的。由于铜合金具有更高的导热系数，因此在AM过程中热梯度更大，导致柱状晶粒尺寸较大。L-PBF制备CuCrZr合金的拉伸各向异性如图8a所示。在25°C、204°C和427°C下样品拉伸试验结果如图8b所示。样品在水平面和倾斜平面上的抗拉强度略高于垂直面。在水平面上更好的延展性归因于柱状晶结构。位错可以在不跨越晶界的情况下更容易向打印方向移动，位错堆积沿晶界充当微裂纹，导致延展性降低。样品在垂直面、倾斜面和水平面的断裂特征基本类似，断口中分布着许多韧窝。此外也存在一些缺陷，如未熔化的粉末颗粒。这些缺陷可以作为裂纹萌生部位，对机械性能产生坏处。柱状晶粒（平均尺寸：24.2±21.2μm）平行于构建方向生长。样品在倾斜和水平面上的平均晶粒尺寸分别为16.1±3.7μm和12.2±2.3μm。当测试温度升高（高达427°C）时，所有样品的抗拉强度都会降低，大多数样品的伸长率也会降低（图8）。 图8 L-PBF CuCrZr样品的拉伸各向异性：（a） 具有不同取向的L-PBF CuCrZr样品的示意图；（b） 样品在室温（25°C）、204 °C和427 °C下的拉伸性能；（c-e）SEM分别显示垂直，倾斜和水平平面断裂表面（在25°C下测试）；（f-h）垂直、倾斜和水平平面的CuCrZr的EBSD 3. 增材制造CuCrZr合金的导电率和导热率 表1列出了最近报道的L-PBF CuCrZr合金的电导率和热导率。大多数打印的L-PBF CuCrZr合金具有相对较低的导电性和导热性（∼100W/mK），这是由于L-PBF过程中的高冷却速率在微观结构中形成高密度位错和高热残余应力。此外Cr和Zr原子溶解在Cu基体中，形成过饱和固溶体，导致电导率和热导率性能较差。此外铜合金中的一些工艺引起的缺陷，如气孔、裂纹和未熔化的粉末，以及Fe、O、Si等杂质会导致低导电性和导热性。直接时效处理后热性能有所改善（239-320W/mK）。固溶退火和时效处理后，导热系数急剧增加到297-368W/mK。热处理合金导热系数提高主要是由于热处理过程中热应力的缓解，位错密度的降低和溶解的Cr/Zr原子析出。通常导热系数随着直接时效时间（0.5-6h）或时效温度（420-650°C）的增加而增加，热导率达到最大值（∼330W/mK，相当于∼80%IACS）。到目前为止还没有关于AW-DED或HLADED制备CuCrZr合金的热导率数据。   表1 室温下CuCrZr合金导热率和电导率 4. 不同增材制造工艺制备CuCrZr的总结 不同凝固速率和热梯度导致CuCrZr合金产生不同的微观组织结构，从而导致铜合金具有不同性能。图9是近年来各种AM制备CuCrZ合金工艺、后热处理以及微观结构和性能。通过DED工艺制造的CuCrZr合金具有高导电性和导热性。与PBF制备的CuCrZr合金相比，相对较低的凝固速率和较高的吸收率（95%）是更好的热性能的原因。对热源的高吸收使得在DED工艺中很容易构建CuCrZr合金。由于纳米尺度或介观尺度的Cr/Cr2在DED过程中析出，CuCrZr合金具有很高的抗拉强度，避免了时效处理。 图9 不同AM CuCrZr合金的不同AM工艺，微观结构和性能 5. 观点和结论 对现有文献的分析，大多数关于AM CuCrZr合金的研究工作主要研究室温下打印工艺，机械，电气和热性能的优化，以及AM工艺和后热处理过程中微观结构的演变。图10表明未来AM CuCrZr的发展趋势。由于CuCrZr合金的高反射率和高导热性，通过AM工艺打印铜部件仍然具有挑战性。有一些方法可以解决这些问题。首先，对粉末进行改性以提高对激光的吸收率。其次，通过采用短波长激光，如绿光激光（波长：515nm或532nm）和蓝色二极管激光器（波长：450nm）制备样品，可以大大提高纯铜或铜合金对激光能量的吸收率。未来需要进一步研究短波长激光打印的L-PBF CuCrZr合金。第三，通过优化建筑参数，可以控制铜合金的吸收率和微观结构。第四，采用另一种AM工艺，如EB-PBF和DED工艺，可以避免加工时的高反射率。 图10 AM CuCrZr合金发展趋势 最后作者团队表明，由于L-PBF工艺制备大组件非常耗时，因此预测未来HLADED工艺可能是高效打印燃烧室和其他零件的趋势。此外，可以进一步探索优化的打印参数，以制备全密度构件。为提高性能，AM合金需要进行热处理。然而目前大多数研究工作尚未对AM制备CuCrZr合金经过热等静压处理后的力学和热性能进行研究。尽管在增材制造过程中会析出一些强化颗粒，但有必要对样品进行热等静压处理，以减少工艺引起的缺陷，从而提高性能。目前只有少数关于通过EB-PBF，LP-DED，AW-DED和HLADE工艺制备的CuCrZr合金的研究。到目前为止，大多数研究人员都专注于AM制备CuCrZr合金在室温下的机械，电和热性能。由于CuCrZr组件的极端服役环境，未来需要研究更多实验，如蠕变测试，疲劳测试，高温下的热拉伸测试等。 注：本文内容来自增材制造技术前沿。  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： 1.五年粉末采购+千万美元大幅面装备开发：美军新部署金属3D打印技术 2.调查研究：金属增材制造技术行业应用差异及释放潜力的条件 3.视频：基于烧结的3D打印让传统粉末冶金焕发生机 4.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

激光增材制造技术基于三维数字模型，使用激光作为能量源，逐层熔化金属材料以形成目标零件。该技术可以生产具有复杂结构的金属零件，但增材制造过程中产生的残余应力会导致变形。本文总结了影响零件残余应力和变形的因素，介绍了检测零件的残余应力与变形的常用方法，并比较了它们的应用、优缺点，阐述了预测零件变形的五种方法，介绍了基于反向补偿原理的变形补偿方法，并提出了今后可用于增材制造零件的变形检测方法。 1、影响残余应力和变形的因素 通过大量研究可知，工艺参数是影响增材制造残余应力和变形的重要因素之一，其中包括激光功率、扫描速度、粉末层厚度、扫描间距、预热温度等。除此之外，影响零件残余应力和变形的另一重要因素是激光扫描策略。常用的扫描策略包括单向线扫描、往复线扫描、螺旋线扫描、分区扫描和层间旋转扫描策略等，如图1所示。 图1 常用的扫描策略 2、残余应力检测 表1列出了几种常用的测量零件残余应力的方法。 2.1钻孔法 钻孔法的测量原理如图2所示，在待测位置钻一个直径为2a的小孔，小孔周边残余应力失衡得到释放，材料发生轻微的形态变化，根据测得的应变释放值可以得到测量位置的残余应力。 图2 钻孔法测量原理图 2.2轮廓法 轮廓法是沿特定目标平面对工件进行切割，垂直于切割表面的残余应力失去了工件本身的约束而自由释放，导致切割表面的变形，变形量与垂直于目标平面的残余应力大小成正比。根据Bueckner叠加原理，利用有限元模拟软件建模即可反推出目标平面的原始应力场，得到工件垂直于切割表面方向上的残余应力，测量原理如图3所示。 图3轮廓法测量残余应力的基本原理和步骤 2.3 X射线衍射法 X射线衍射法（XRD）的测量原理如图4所示。当样品中存在残余应力时，晶面间距发生变化。当布拉格衍射发生时，产生的衍射峰相应地移动，移动距离与应力有关。残余应力可通过用波长λ的X射线照射样品并测量相应的衍射角2θ来获得。 图4 X射线衍射原理图   2.4中子衍射法 中子衍射法以中子流为入射束照射试样，试样晶面发生布拉格衍射得到衍射峰。该方法的测量原理与X射线衍射法相似，但与X射线相比，中子具有更强的穿透能力，更有利于测量材料或零件内部的残余应力。 3、变形检测 3.1三坐标测量机 三坐标测量机（CMM）是将被测物体置于三坐标测量机空间，采用探头探测被测物体，来获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，计算出被测物体的几何尺寸、形状和位置。 3.2 X射线计算机断层扫描 X射线计算机断层扫描（XCT）使用X射线管发射X射线束，待测样品围绕固定轴旋转，探测器以不同角度收集样品的投影图像，然后使用计算机恢复物体模型的三维结构。这种测量方法可以清晰、准确和直观地显示被检测物体的内部结构、成分、材料和缺陷状态。测量原理如图5所示。 图5 X射线计算机断层扫描测量原理图 3.3激光位移传感器 激光位移传感器利用激光技术进行测量，以非接触的方式精确测量待测物体的位置、位移等。激光位移发射器将镜头发射出的激光射向物体的表面，物体的表面出现一系列反射情况，其中一束反射的光线回到激光位移传感器当中，根据光线反射的角度和激光位移传感器的距离来测量待测物体的位置和位移等。测量原理如图6所示。 图6 激光位移传感器测量原理图 3.4数字图像相关法 数字图像相关法（DIC）通常采用CCD相机拍摄物体变形前与变形后表面上的自然散斑或人工散斑图像，而后计算机通过搜索变形前后两幅图像的匹配点来检测位移。 4、变形预测 4.1热-力耦合模型 在增材制造的热-机械耦合模型中，应力和温度两个物理场相互作用。然而，过程的整体热-机械耦合特性非常复杂，使用精细网格模型进行多次扫描的热-机械分析通常非常耗时。4.2多尺度建模方法 在零件变形的分析中单独采用宏观模型或微观模型是不现实的。多尺度模型可用于研究不同长度和时间尺度下的材料特性，为连接不同尺度下的模型提供了桥梁，允许适用于不同尺度的模型相互交流，以研究材料的不同特性。 4.3改进的固有应变法 固有应变法广泛应用于焊接问题，是残余应力和焊缝裂纹的来源。如果已知固有应变，则可通过热弹-塑性有限元分析计算残余应力和变形。由于AM的热变形在原理上与焊接的热变形相似，改进的固有应变法已被应用于AM领域。 4.4降阶模型 降阶模型是对随时间变化的多维物理过程的低维近似描述，可以减少计算量，节省计算时间。降阶模型具有更快的计算速度，特别是在自由度更大的情况下，但原始系统中保留的信息更少，模型精度将降低。 4.5机器学习 机器学习（ML）是对计算机算法的研究，它可以通过巨大的数据集和连续的训练来自动改进数据分析模型。在ML中，模型被不断训练以从大量数据中发现模式和相关性，然后根据数据分析的结果做出最佳决策和预测。预测精度随着数据的增加而增加。 5、变形补偿 在零件变形预测的基础上，将零件的变形反向补偿给制造零件的初始几何体，以消除或减少零件的变形，如图7所示。   图7 反向补偿概念 6、展望 近年来，随着激光增材制造制造的金属零件残余应力和变形测量方法的发展，为了避免对试件的损坏，无损检测方法越来越受到研究者的重视和广泛应用。其中，光学测量方法由于其非接触和其他优点而被应用最广泛。在金属零件的残余应力和变形预测方面，ML所需的模拟计算量和数据量相对较大。为了显著降低计算成本和提高工作效率，可以努力研究将降阶模型与ML相结合的方法。 原文：沈阳航空航天大学，Bo He, Cheng Bi, Xiaodan Li, Wei Wang, Guang Yang. Residual stresses and deformations of laser additive manufactured metal parts: a review. International Journal of Material Forming 16, 7 (2023). https://doi.org/10.1007/s12289-022-01729-w 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.预热至1000℃，电子束3D打印无残余应力零件 2.纯钽点阵3D打印：加工、微观结构和工艺引起的缺陷 3.北理工：增材制造中高强铝合金的缺陷与力学性能研究进展…

铜及其合金由于具有优异的机械性能、热、电性能，被广泛应用于核工业和航空航天工业。CuCrZr和CuCrNb合金都是沉淀硬化型合金，通过各种增材制造工艺打印的两种合金目前已经引起人们的极大关注。由于近红外激光的高反射率，通过传统激光粉床熔融（L-PBF）工艺打印铜合金仍然具有挑战性。本期，增材制造技术前沿依据上海理工大学研究团队在《Materials Design》一文，介绍当前3D打印制备CuCrZr和CuCrNb合金研究现状，总结通过各种3D打印工艺；汇总提高铜合金对激光能量吸收率的三种方法，分析了微观结构，沉淀析出相，机械性能、导电率和导热性能，最后总结3D打印CuCrZr和CuCrNb合金的前景与发展。为避免混乱，本文仅以CuCrZr为例进行阐述。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111419 1.介绍 铜及其合金由于优异的机械性能、热性能和腐蚀性能，在工业中得到广泛应用。到目前为止，增材制造纯铜和铜合金的研究已经开始呈现爆发式增长，其中包括铜铝（Cu-Al），铜镍（Cu-Ni），铜铬锆（Cu-Cr-Zr）和铜铬铌（Cu-Cr-Nb）等。CuCrZr合金是一种沉淀硬化型合金，被广泛用作燃烧室，热核实验反应堆的壁，液体火箭发动机部件等，其合金元素主要为Cr：0.5-1.5wt.%，Zr：0.05-0.2wt.%，Cu余量。由于Cu对激光的吸收率差，通过AM来打印致密铜合金组件目前仍然具有挑战性。激光的高反射率会降低可用于熔化粉末的能量，反射的激光会对设备进行损坏。铜合金的高导热性会导致高热梯度散热，这可能导致加工时分层和卷曲现象的发生。迄今为止，已经报道了许多关于CuCrZr合金AM的研究。 2. 增材制造工艺、吸收率和能量密度 2.1 增材制造工艺 迄今为止，纯铜和铜合金已通过不同AM工艺制备，主要包括粉末床熔融（PBF），粘结剂喷射（BJ），冷喷涂（CS）和定向能量沉积（DED）等。激光粉末床熔融（L-PBF）和电子束粉末床熔融（EB-PBF）是基于PBF增材制造工艺，其中激光束或电子束用于熔化粉末。BJ工艺也是一种粉末床工艺，其中粘合剂分布在粉末床上用于选择性地熔化粉末。CS是一种粉末进料沉积工艺，它使用会聚-发散的超音速喷嘴在超音速/跨音速气氛下将金属粉末喷射到基板上。以线材为原料的DED工艺在不同的热源上可分为激光线定向能量沉积（LW-DED），弧丝定向能量沉积（AW-DED），混合激光-电弧定向能量沉积（HLADED），电子束线定向能量沉积（EBW-DED）。到目前为止大多增材制造CuCrZr合金都是通过PBF和DED工艺，相应的原理图如图1所示。 图 1.制造CuCrZr和CuCrNb合金的不同增材制造工艺的示意图 2.2. 增强粉末对激光的吸收率 铜基合金对激光的吸收率主要取决于环境条件、粉末表面、熔池温度，特别是激光波长。由于Cu对红外激光的高反射率在增材制造过程中会发生热损失。高反射率对增材制造设备有害，并造成巨大的能量损失。低功率输入不能使粉末完全熔化。另一方面，高入射功率会导致样品中的锁孔效应。为提高铜合金对激光能量吸收率，制备高致密度块体试样，主要提高CuCrZr粉末对激光的吸收率方法有三种：采用短波长绿激光器，相比较红外激光，采用短波长的绿激光器会使得CuCrZr对激光的吸收率提高3-4倍；打印参数的优化，高的线能量密度会使粉末对激光能量吸收率进一步提高；对CuCrZr合金粉末表面进行适当修饰，主要手段为采用物理或化学方法在CuCrZr合金粉末表面粘结其他元素，以提高粉末对激光的吸收率。 2.3 打印参数优化 为打印出完全致密的CuCrZr样品，在激光打印过程中需要优化工艺参数。主要参数包括激光功率、扫描速度、铺粉层厚、激光光斑直径等。目前已经有大量研究表明L-PBF工艺参数对CuCrZr的影响。一般来说，根据体积能量密度（VED）和相对密度来评估打印零件的质量。图2为近年来不同VED输入下CuCrZr合金的相对密度。可以发现不同文献中最高的相对密度是不同的。VED 范围从200∼1600 J/mm3。当 VED 在 200-600 J/mm3范围内时，样品接近合金的理论密度。 图2 CuCrZr合金相对密度与VED的关系 3. 微观组织结构 3.1. 增材制造CuCrZr晶粒形貌 与其他增材制造金属一样，大多增材制造CuCrZr合金具有柱状晶结构，这取决于凝固速率和热梯度。采用L-PBF打印CuCrZr合金微观结构如图3所示。在CuCrZr的水平平面上可以观察到激光扫描过后的痕迹。图3a和3b是晶粒和亚晶的边界（晶粒的平均尺寸：115±60μm）。亚晶的形成与扫描策略有关。水平平面和垂直面的晶粒形貌具有明显的不同，晶粒沿打印方向被拉长，平均尺寸为217±80μm（高度为363±160μm，宽度为125±60μm），由加工过程中的热梯度引起。在打印样品中亚晶粒内部存在平均尺寸为300nm的胞状组织，由于L-PBF过程中的快速冷却速率引起。胞状组织可以强化合金，490°C下直接时效处理2小时后，扫描路径消失。与打印样品相比，晶粒尺寸变化不大（图3a和3b），由于时效处理期间位错的溶解导致位错密度低于直接打印样品。   图3 L-PBF制备不同面和不同状态下CuCrZr样品的微观组织特征 3.2 AM制备CuCrZr晶体织构和取向 晶体织构对合金的机械性能有显著的影响。到目前为止，已经报道了一些关于CuCrZr合金织构的研究。与L-PBF制备的CuCrZr合金相比，AW-DED和HLADED 制备的CuCrZr合金具有更强的织构（27.86和18.69）。除了L-PBF制备的CuCrZr合金外，AW-DED和HLADED制备CuCrZr 合金都没有明显的取向。AW-DED和HLADED制备的CuCrZr合金的强织构可能源于加工时输入相对较高的能量。迄今为止还没有关于其他增材制造 CuCrZr合金晶体结构的详细研究报告。 3.3. AM制备CuCrZr合金中的析出相 CuCrZr是典型的沉淀硬化铜合金。沉淀析出的大小，分布和形状对合金的机械性能有显着影响。由于不同的AM工艺中的冷却速率不同，合金原子可能会在基体中沉淀或溶解。到目前为止AM制备CuCrZr 合金中已经报道了 Cr、各种CuxZry、ZrO2纳米析出。L-PBF制备的CuCrZr合金中，Cr在铜基体中沉淀，样品中还发现柱状晶和孪晶。晶界和孪晶界阻碍位错移动，从而强化合金。此外在晶粒中观察到一些沉淀，可能是Cr相。同时晶粒内部析出数个椭圆形颗粒，沿晶界分布，平均尺寸范围为 50-100nm（图4）。AM制备CuCrZr合金中的另一种沉淀物是铜锆金属间化合物（CuxZry），包括Cu4Zr、Cu5Zr、Cu51Zr14沉淀等，此类沉淀也能强化合金。Cr和Zr原子在L-PBF过程中溶解在铜基体中，直接时效处理后，沉淀析出，可能是Cu5Zr或Cu4Zr，Zr沉淀平均尺寸范围为5-30nm（图5）。还有研究认为析出颗粒是Cu51Zr14和CuZr2沉淀，图6是不同热处理CuCrZr的XRD（SA、SA+AH和DAH处理分别代表固溶退火、固溶退火后时效处理、直接时效处理）。目前关于析出相还没有统一的定论，也有研究发现ZrO2、Zr2O3等析出。 图4 L-PBF CuCrZr 合金的 TEM 分析 图5 L-PBF制备CuCrZr 合金中的 CuxZry 颗粒：(a)直接时效处理后，纳米沉淀Zr被CuCrZr样品中的Cr颗粒包围；(b) SEM 显微照片显示了CuCrZr样品中的沉淀物；(c-e) 图(b)相对应的Cu、Cr、Zr元素分布。 图6 (a) L-PBF制备CuCrZr样品在不同状态下的 XRD，表明样品中有CuxZry和Cr析出；(b) L-PBF制备CuCrZr样品在不同状态下的垂直面和水平面的XRD，存在CuxZry和Cr沉淀 本文内容来自增材制造技术前沿，下篇将介绍该合金的机械、电气和热性能及未来展望。 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.首都航天机械有限公司实现超大尺寸铜合金产品的高效增材制造 2.纯铜增材制造，挤出3D打印工艺优势突显 3.结构、功能一体：增材制造GRCop-84铜合金晶格结构的力学行为 4.In625-铝青铜│双金属火箭喷嘴3D打印制造及热火测试过程