造成陶瓷增材制造工业应用滞后的主要原因是成形缺陷过多和成形质量差。其中，裂纹缺陷严重影响陶瓷件的力学性能，是该技术向工业实用化推进的最大障碍。目前，现有的陶瓷增材制造裂纹缺陷研究主要集中在实验方法的裂纹形貌和抑制上。在往期文章中，3D打印技术参考已经介绍了间接和直接陶瓷增材制造的裂纹形态，本期内容主要介绍陶瓷间接增材制造裂纹的形成机制，探究裂纹形成机理。 1. 陶瓷间接增材制造裂纹产生的机制 根据裂纹形成阶段，间接陶瓷增材制造中的裂纹缺陷分为成型裂纹和烧结裂纹。成型裂纹主要是由于生坯成型阶段收缩应力超过聚合物结合强度造成的，形貌表现为水平和十字形裂纹，尺寸为纳米到微米量级。烧结裂纹出现在高温热处理阶段，裂缝开口大，方向性不明显，横向、纵向和斜向裂纹在烧结件表面交联分布，严重影响陶瓷件的力学性能。  对于光固化陶瓷浆料间接增材制造，陶瓷浆料被激光照射并聚合，同时浆料中的感光树脂交联形成玻璃状聚合物，这伴随着收缩应力的产生。当收缩拉应力超过树脂的结合强度时，就会产生垂直于拉应力方向的细裂纹。玻璃状聚合物进一步固化形成固化层，固化层在两端发生聚合收缩，产生指向固化层中心方向的收缩拉伸应力。当固化层上端的拉伸应力超过聚合物的结合强度时，将产生垂直于激光扫描方向的交叉裂纹。受凝固层位移的约束，当前层收缩产生与前一层相同类型的裂纹。此外，层间结合不良会在相邻层的交界处产生平行于激光扫描方向的水平裂纹。间接陶瓷增材制造翘曲和裂纹形成图：（a）没有翘曲和裂纹的打印结果；(b) 翘曲形成(c) 裂纹形成 在高温脱脂热处理过程中最容易出现裂纹，由于生坯中含有大量的有机结合剂，高温热处理过程中有机结合剂的快速热解导致局部压应力过大。在局部压应力下，陶瓷粉末之间的毛细力，液相粘合剂被有机物热解产生的气体混合物从生坯内部带到表面。在粘结剂排出过程中，生坯内部容易形成交联孔隙。孔隙受到高温热膨胀，产生高内压应力，导致它们破裂并形成微裂纹。此外，在极端升温速率下，当陶瓷材料的结合强度超过生坯内局部区域气体聚集产生的压应力时，会导致零件开裂形成宏观裂纹。陶瓷坯体中可能存在未反应的单体和光引发剂，固化层末端未反应的光引发剂在高温下热解产生自由基，使残留单体聚合，产生较大的机械应变并且增加了样品中的残余应力，进而破坏了聚合物的键合关系，导致生坯出现更严重的宏观裂纹。 脱脂过程中气体释放过程与陶瓷件裂纹分布 SLS技术通过激光束直接熔化低熔点粘结剂粉末。由于坯体制备阶段激光能量密度低，激光烧结冷却慢的特点，坯体温度梯度低，不易产生裂纹缺陷。裂纹多形成于高温脱脂、烧结和冷却阶段。在高温脱脂阶段（400~600℃），粘结剂迅速热解，固相陶瓷颗粒原子发生迁移，陶瓷颗粒接触点通过形核和晶粒长大逐渐形成烧结颈。粘结剂热解导致陶瓷生坯严重体积收缩，导致烧结颈部内原子键的结合强度或晶界界面能被局部区域收缩应力超过，导致严重的收缩裂纹。在高温烧结阶段（1600℃以下），陶瓷颗粒充分烧结并熔合在一起，随着烧结温度的升高，晶粒尺寸变得过于粗大。晶粒粗大导致晶界结合强度低，在后续冷却收缩引起的收缩拉应力作用下，易沿晶界形成微裂纹缺陷。除了晶间裂纹，热收缩产生的拉应力也会在层间结合强度低的地方产生裂纹缺陷。此外，烧结阶段的极端加热速率导致烧结部件表面和内部之间的温度梯度过大，由此产生的热应力会导致生坯出现开裂缺陷。烧结件在冷却阶段，其内部相变可能导致相体积发生变化，使大晶粒晶壳在静止的非晶核周围收缩产生微裂纹缺陷。 (a) 相变收缩微裂纹(b) 硅基陶瓷中微裂纹的形态 综上所述，陶瓷浆料间接增材制造裂纹主要发生在成型和烧结过程中，在成形阶段，收缩拉应力的存在是产生裂纹缺陷的关键因素，有机物热解产生的局部压应力是产生烧结裂纹的主要原因。陶瓷粉末铺粉间接增材制造裂纹主要发生在高温烧结过程中，局部拉应力引起的烧结颈断裂和晶粒过度长大引起的晶粒粗化是裂纹的主要来源。直接和间接陶瓷增材制造工艺在冷却过程中都会产生相变裂纹，这主要是因为相变过程伴随着相变粒子的体积变化，使相变粒子与基体之间产生拉应力和压应力造成的。 2. 间接陶瓷增材制造裂纹产生的抑制策略 裂纹缺陷严重阻碍了陶瓷增材制造技术的工程应用，是亟待解决的问题之一。从工艺、材料成分方面采取合理的裂纹抑制方法，有助于提高陶瓷件的成形质量。 优化工艺参数 对于间接陶瓷增材制造，激光功率、扫描间距和固化深度是成型工艺的主要参数。在随后的脱脂和烧结过程中，升温速率和保温时间都是可调参数。选择合适的激光功率可以避免生坯中出现大量未反应的单体，从而降低脱脂过程中出现裂纹的可能性。固化深度与激光功率正相关，合适的固化深度可以避免分层和层间水平裂纹。研究发现SLA制备Al 2 O 3，当层厚为50 µm时，适当增加固化深度可显著减少坯体表面裂纹数量。在随后的高温脱脂过程中有机物的缓慢热解可以有效减少或避免烧结部件中的开裂缺陷。通过降低陶瓷生坯中有机物的热解速率来避免烧结部件开裂，从而获得无裂纹陶瓷部件。合适的升温速率是保证有机物适当热解速率和获得无裂纹陶瓷件的关键；与升温速率相比，合适的保温时间有利于有机热解产物的稳定排出，避免因气体剧烈膨胀而产生的裂纹缺陷。此外，适当的烧结温度有助于降低生坯的热收缩率，从而减少烧结件的裂纹数量。足够的烧结温度和保温时间有利于晶体的熔化、生长和样品的高致密化，从而抑制裂纹的产生。 升温速率对裂纹的影响：在空气中(a) 0.1℃/min；(b) 0.5℃/分钟；(c) 1℃/分钟；(d) 3℃/分钟；(e) 5℃/min，在氩气中 (f) 0.1℃/min；(g) 0.5℃/分钟；(h) 1℃/分钟；(i) 3℃/分钟；(j) 5℃/分钟 总的来说，激光功率和扫描间距是制备近乎无裂纹生坯件的关键参数。在高温烧结过程中，生坯表面和内部受热不均引起的局部拉应力是裂纹萌生和扩展的主要原因。合理的升温速率和保温时间有效降低了烧结件的温度梯度，解决了因温度梯度引起的局部拉应力过大的问题。 调整材料成分 通过合理调整和优化材料成分，也可以获得高性能、无裂纹的陶瓷件。陶瓷浆料的成分对坯件的裂纹缺陷影响很大。通过在浆料中加入非反应性组分，可以减少固化层的聚合收缩反应，从而降低生坯内部的内应力。研究发现，通过向浆料中添加非反应性成分来改变聚合物基体的热脱脂工艺，从而最大限度地减少烧结部件的裂纹。   添加非活性成分对裂纹的抑制作用：(a,b,e)只含有活性成分；(c,d,f) 添加非反应性成分 浆料中陶瓷粉末的粒径大小也是影响坯体成型质量的重要因素之一，适当增加粉末的粒径可以显着减少成型裂纹的数量。研究发现，含有小粒径粉末的浆料在成型过程中会产生过度收缩变形，从而导致广泛的交叉裂纹，并且可以通过选择合适的粉末粒径来制备无裂纹的陶瓷部件。 不同粒径陶瓷颗粒抑制裂纹的效果：(a∼c) 0.35 µm；(d∼f) 3 µm；(g∼i) 7  µm 与基于浆料的增材制造技术相比，粉末扩散SLS技术中的裂纹也受材料成分的影响。在成型过程中，如果陶瓷粉末中的粘结剂含量不足，陶瓷颗粒就不能牢固地结合在一起，导致生坯出现分层和开裂缺陷。但粘结剂含量过高会导致脱脂烧结后生坯收缩变形较大，导致烧结件出现严重的宏观裂纹缺陷。因此，混合粉末中的粘结剂含量应尽可能低，同时不影响烧结件的密度和成形质量。 END 陶瓷增材制造尤其是间接成形技术已成为制造先进陶瓷的主要途径，但裂纹缺陷已成为限制其应用的主要障碍，也成为陶瓷增材制造技术最重要的研究方向和需要解决的关键问题。本文系统阐述了间接陶瓷增材制造裂纹的形态特征、产生原因和应对策略，为解决陶瓷增材制造裂纹产生具有指导意义。 本文内容素材来源： 南华大学刘志文副教授《Advances in crack formation mechanism and inhibition strategy for ceramic additive manufacturing》发表于Journal of the European Ceramic Society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.工艺总结：直接与间接陶瓷3D打印工艺种类及特点 2.影响陶瓷增材制造工业化推进的最大障碍及挑战 3.干货分享：陶瓷3D打印之粘结剂喷射技术的成形材料、优势与挑战 4.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线

7月17日，3D打印技术参考注意到，苹果或正在使用华曙高科和铂力特的金属3D打印设备大批量生产2023款Apple Watch Ultra相关部件。此消息获得报道后，3D打印相关股票多股冲高，甚至部分涨停！ 截止发稿前 香港投资银行TF International的苹果金融分析师郭明錤在Medium上发表的一篇文章称，下一代Apple Watch Ultra将采用一些采用增材制造生产的机械钛合金部件。郭明錤在苹果亚洲供应链中的联系人获取数据，包括有关3D打印部件的情报。该网站还指出，该分析师的预测足够准确。   第一代 Apple Watch Ultra 在用于生产Apple Watch Ultra机械部件的3D打印机供应链方面，IPG Photonics是激光组件的独家供应商，华曙高科和铂力特则提供3D打印平台。如果出货顺利，相信更多苹果产品将采用3D打印技术，这将有助于改善苹果供应链的生产成本，而上述供应商也将受益于这一新的生产趋势。 据外媒报道，这些组件可能包括数字表冠、侧按钮和其他操作按钮。上述组件是“Apple Watch Ultra”的唯一机械部件，此前采用CNC加工。虽然目前3D打印制造的机械零件仍需经过CNC工艺进行后处理，但该技术仍然可以提高生产效率并降低生产成本。 多股冲高的迹象表明，3D打印技术对于向知名大品牌供应链渗透可极大提升技术认可度，电子3C产品动辄千万级的发货量将为3D打印大批量制造带来极大契机，从而推动该技术向更多产品和行业发展。  苹果公司选择中国本土3D打印品牌制造相关组件，对于提升两家公司的国际市场认可度将起到极大推动作用。长期以来，两家公司着力布局海外市场，并已经取得了一定的品牌认可度。 苹果使用3D打印技术生产电子产品组件，是上周荣耀手机新品中使用该技术的又一重要助推。西门子增材制造副总裁Karsten Heuser通过LinkedIn首次在西方媒体报道了荣耀项目，他表示：“荣耀Magic V2通过设计钛合金铰链，在折叠状态下厚度仅为9.9毫米。根据公告，采用3D打印使其重量减轻了62%，并将铰链部件的数量从92个减少到仅4个。与传统加工的钢和铝部件相比，定制的钛合金部件的强度也得到了提高。”据3D打印技术参考了解，多家中国3D打印相关企业参与了该部件的设计和生产，其中汉邦科技有有渠道商参与其中。 Heuser最后指出，“虽然欧洲增材制造行业的许多人仍然解释说增材制造只能实现小批量生产，但这些例子清楚的表明了增材制造大批量先进制造的道路。尤其是作为增材制造领域先驱的欧洲金属L-PBF设备公司，需要对这些发展保持警惕。” 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.荣耀跨界航空工艺，钛合金3D打印首次被批量用于手机行业 2.听专家说 | 核动力、航空、航天3D打印技术应用到哪一步了 3.8月，传统工艺&增材制造：现场碰撞！ 4.调查研究：增材制造，打开批量生产的新阶段

近日，3D打印技术参考注意到，荷兰建筑设计公司Studio RAP借助陶瓷3D打印技术、计算研究和手工玻璃，为荷兰PoortMeesters住宅中心庭院构建了一对由代尔夫特蓝陶瓷打造的拱门。它由3000块独特的瓷砖建造，揭示了21世纪陶瓷和装饰的真正潜力。 瓷砖大门的设计灵感源自传统代尔夫特蓝瓷的颜色（该项目也因此得名），旨在参考这座城市的历史并展示当前的技术进步。RAP工作室的设计受到传统代尔夫特蓝瓷的影响，其形式随着时间的推移发生了巨大的变化，从模仿中国和日本的东方设计发展到当代荷兰视角。采用算法设计，受自然启发的蓝色图案通过使用尖端设计和3D打印技术，将代尔夫特称为今天的知识之城。 装饰框架由3D打印的粘土砖构成。计算形式允许考虑生产限制，例如最大延伸、扩展、缩小和内部支撑制造。使用算法进行3D图案设计，瓷砖的形状各不相同。例如，瓷砖凸出部分有白色流纹，代表山脉，山谷地区有蓝色釉湖。 门宽4米、高8米、深12米，覆盖了一个巨大的公共楼梯。强烈的蓝色展示了与代尔夫特的蓝色瓷器和周围运河的关系，同时它与覆盖建筑的大地色调工艺形成鲜明对比。Studio RAP利用配备定制挤出机的工业机械臂，精细地分层打印粘土混合物，按照预定义的图案进行制作。每块瓷砖尺寸约为30 x 40 x 7厘米，制作时间仅需15分钟。经过精心的上釉和烧制后，瓷砖呈现出令人惊叹的陶瓷效果，然后被运输和安装到现场。 Studio RAP是一家建筑设计公司，将计算设计的力量与创新的数字制造方法相结合。其团队由建筑师、设计师、机器人专家、程序员和研究人员组成。其试图探索创新技术，努力改进设计、生产、管理和建造建筑的方式。 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.影响陶瓷增材制造工业化推进的最大障碍及挑战 2.工艺总结：直接与间接陶瓷3D打印工艺种类及特点 3.报名 | Formnext深圳增材制造展= 4.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动

7月12日晚间消息，在当日的荣耀Magic V2暨全场景新品发布会上，荣耀发布新一代折叠屏手机荣耀Magic V2。 荣耀CEO赵明表示，荣耀Magic V2搭载91%金属结构铰链，升级自研盾构强度的钢材，首次采用航天的钛合金3D打印工艺，支持 40万次折叠。 发布会中所提到的荣耀自研的“鲁班钛合金铰链”是荣耀Magic V2的厚度突破9.90mm的关键，而铰链中的轴盖又是影响折叠屏厚度的关键，钛合金技术可以让轴盖变得更轻更薄，从而带动折叠屏整体厚度和重量的下降。  电子产品金属结构件一般以不锈钢和铝合金为主，不锈钢光泽感好，但重量不占优势；铝合金有轻量优势，但硬度一般。而钛合金的强度高于不锈钢，重量却只有同体积不锈钢的一半，能同时做到硬度和重量两者兼顾。由于钛合金的传统加工难度大，良率低，从而造成生产成本较高，因此一直没有被3C行业广泛应用。金属3D打印工艺能十分有效地解决钛合金材料成型的问题。在此之前，金属3D打印的钛合金零件已被广泛地应用在航空航天、医疗等领域，目前在3C行业无疑是一重大的应用突破。 除了钛合金材料本身的特性能够带来轻量化及强度提升的优势之外，结合金属3D打印技术，能在此基础上通过轻量化、一体化及薄壁结构的设计优化，进一步降低零件的重量及提高产品集成度。 金属3D打印3C产品金属零件的难度在于设备、材料、技术三者的融合。汉邦科技针对3C产品金属零件的精细化结构特点，开发了超精细打印专机及工艺，能实现最小零件成型精度±0.025mm，壁厚 0.2mm，以满足3C产品金属零件的轻量化、集成化及精细化结构要求。汉邦科技专注于金属3D打印装备及工艺的开发，致力于以专业的态度及精湛的工艺助力于3C电子消费产品的升级，推动金属3D打印技术在电子消费领域实现批量化生产应用。 注：本文内容由汉邦科技整理编辑，转载已获授权。 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.报名 | Formnext深圳增材制造展 2.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动 3.Nature最新：超越TC4，3D打印获得更高强韧性钛-氧-铁合金 4.突破：粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造

墨尔本理工大学增材制造中心马前教授团队在此前的5月31日于Nature杂志发表了借助3D打印研制出新型钛合金的研究，3D打印技术参考注意到，马前教授团队还于日前在Scripta Materialia上发表了题为“Node-reinforced hollow-strut metal lattice materials for higher strength”的文章。该研究报告了一种设计策略，通过采用节点加固策略可显著提高空心支柱金属点阵的强度。 空心支柱金属晶格材料 空心支柱金属晶格材料是一类新兴的晶格材料，与以往晶格结构不同之处在于其支柱和节点皆为空心，它们共同在晶格结构中形成相互连接的通道网络。在相似的相对密度下，空心支柱金属晶格比实心支柱晶格结构具有更高的结构效率。尽管结构效率高，但这些新型晶格材料的空心节点被发现是薄弱点，通常会导致过早失效。这阻碍了相互连接的空心支柱的固有优势的充分利用。例如，对Ni空心支柱晶格压缩的原位研究表明，变形局限于空心节点，而空心支柱应变最小。 https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2023.115547 显然，这种具有内部通道的晶格结构与其他实心支柱晶格结构在失效模式和机械性能方面有所不同。通常认为加厚节点壁可以用作节点加固策略，但墨尔本理工大学的研究人员认为引入专门设计的亚毫米节点加固方法可能从根本上提高它们的强度和刚度，同时需要考虑采用粉末床激光金属3D打印对空心支柱的可制造性，及如何避免粉末堵塞空心支柱。 为了展示设计理念，研究人员选择了空心支柱简单立方格子来进行节点加固和评估。这是因为简单立方格子拓扑结构的垂直支柱（承重较大）与水平支柱（承重较小）的数量比很高，因此是结构效率最高的晶格结构设计之一。此外，它的节点数量很少，因此通过应用节点加固来增加密度很容易管理。 空心支柱金属晶格节点加固方法 研究人员提出了三种节点加固策略，3D打印技术参考细致观察了其结构特点，其分别为在支柱节点内部垂直交叉加强、节点处管壁内外设置非接触加强筋、节点处沿管壁外侧设置加强筋。加强筋的厚度分为0.89mm和0.36mm两种，为确保节点加固后粉末自由流出，每个中空支柱的内径设计为1.78mm，外径为2.5mm（可见壁厚为0.36mm）。 三种节点加固策略 研究人员设计了未加固空心支柱晶格、采用以上加固策略的晶格以及未加固的实心支柱晶格，采用金属3D打印制造了上述钛合金晶格结构，并使用微焦点计算机断层扫描（µCT）检查。发现，在所有空心支柱晶格中都没有观察到粉末留存，包括那些带有内部节点增强的格子。支柱的内外轮廓均匀对称，目视检查每个格子支柱的外部轮廓也证实了其沿支柱轴线的均匀横截面。每个结构的的设计值与测量值之间的差异小于2.5%，确认设计与制造的一致性。 µCT对晶格结构的检查 对三组晶格的压缩应力-应变测试发现，每个晶格在峰值应力后强度急剧下降，这是因为该类晶格的屈服强度和弹性模量的解析解遵循相关模型。与未加固的晶格相比，所提出的节点加固设计，尤其是第一种，屈服强度和杨氏模量大幅增加。平均而言，该加固方式的晶格结构屈服强度增加了122%，密度增加了24%；第二种加固方式的晶格结构屈服强度增加了114%，密度增加了17%；；第三种加固方式的晶格结构屈服强度增加了101%，密度增加了18%。 不同情况下，Ti6Al4V简单立方晶格的压缩应力-应变曲线 实际的测试表明，所设计的三种节点加固空心支柱晶格结构的峰值应力分别超过现有实心支柱格子的峰值应力42%、31%和35%，表明他们卓越的结构效率。这一观察表明，这些加固的空心节点在单轴压缩下的行为类似于实心节点，因此可以利用空心支柱的固有结构效率。它突出了使用节点增强的空心支柱晶格代替实心支柱晶格的潜力。 基于Gibson-Ashby模型的相对屈服强度与相对密度和相对弹性模量与相对密度的双对数图 对比Ti6Al4V、SS316L、CoCr、Inconel 625和AlSi10Mg发现，节点增强的空心支柱晶格都位于经验上限之上，表明金属晶格具有以前无法实现的不寻常的结构效率。并且，无论晶胞如何拓扑，节点增强的空心支柱晶格始终优于未增强的空心支柱晶格和等效相对密度的现有实心支柱晶格。  失效模式与增强效果 研究人员以7×7×7mm的晶格结构探究节点增强和未增强的空心支柱晶格结构的失效模式，该尺寸的结构满足代表连续体机械响应的要求。当节点区域达到屈服阶段时，未增强的空心支柱晶格最初观察到节点椭圆化，然后随着施加的载荷的进一步增加而局部坍塌。 随着结构开始屈服，内部节点加固策略观察到节点椭圆化显著减少。达到峰值应力后，两个格子都观察到在支柱和节点之间的交叉点处发生塑性铰接，导致单层宽剪切。这种失效模式对于实心支柱晶格很常见，因为缺少倾斜支柱来抵抗横向应变。这一观察进一步证实，这些加固的空心节点的行为类似于实心节点。 外部节点加固设计表现出明显的失效模式，到达屈服阶段后，节点以类似于未加固节点的方式椭圆化。然后，剪切诱导的节点断裂沿着整个晶格的45°对角线发生（不再局限于单层），这些节点处的塑性铰接可忽略不计。这是另一种常见的晶格失效模式，比单层失效模式更具灾难性。 压缩失效模拟 为了定性了解单轴压缩下节点增强的结构效率，使用晶格节点的实体连续体模型实施了各向同性线弹性FEM模拟，发现节点增强的局部屈服阻力比未增强时高约50%。没有节点加固，应力集中直接发生在薄节点壁的内外表面上。相比之下，对于内部和内- 外节点加固，应力集中在互连支撑区域中发生的程度要低得多，并且施加到节点壁上的应力要小得多，这种应力分布允许这些内部支撑的晶格中的节点区域抵抗整个晶格结构的过早椭圆化和断裂，以承受更大的整体变形。 在研究的三种节点加固策略中，在每个空心节点内放置两个连续的加强板相当于引入两个承重垂直支柱。这有效地增加了节点横截面积，从而降低了施加到节点的峰值应力。相比之下，虽然沿Z轴在每个空心节点外部放置四个连续的加强板也可以成功降低施加在节点上的峰值应力，内部空心节点空间保持完好，但每个外部加强筋与空心节点内壁之间的四个连接区域成为应力集中区域（如图所示的两个垂直相对的红色区域）。因此，内部节点加固策略是最理想的选择，但该策略需要使用足够宽的中空通道以避免粉末阻塞。考虑到所有这些因素，内-外部节点加固策略似乎是一种有吸引力的折衷方案，其同时具有均匀的应力分布。 END 总之，采用LPBF工艺打印了具有三种节点增强策略（内部、外部、内部-外部）的空心支柱Ti6Al4V立方晶格，其中没有粉末存留并进行了评估。与未增强的空心支柱格子相比，这些节点加固策略将屈服强度、弹性模量显著提高，密度也适度增加。无论晶胞结构如何拓扑，这些节点增强的空心支柱晶格的相对屈服强度始终位于经验模型上限之上。此外，它们的峰值应力比密度相似的实心支柱立方晶格的峰值应力高出42%，表明它们具有出色的结构效率。内部节点加固策略产生了最佳的机械性能，但为避免粉末堵塞，该策略需要使用足够宽的中空通道。在这方面，内部-外部节点加固策略提供了一个有吸引力的选择。 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.Nature最新：超越TC4，3D打印获得更高强韧性钛-氧-铁合金 2.新技术极大提高金属3D打印晶格「结构完整性」检测的准确性 3.尺寸达1.3米，铂力特BLT-S1000 3D打印铝合金蒙皮点阵结构 4.3D打印点阵结构：材料疲劳容限设计与制造的力学性能综述

换热器广泛应用于航空、航天、核电、国防、汽车、电子、石油化工、食品机械等各个领域。在不同的应用场景和使用工况条件，换热器集成了不同领域和学科的科学技术，形成了适用于不同应用场景和不同种类的换热器，例如板翅式、管壳式、微通道换热器等等。通常传统换热器大多都是采用钎焊、焊接方式或其他连接方式进行加工制造。 增材制造与高效 换热器的应用结合 增材制造是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过使用3D打印设备将材料进行逐层添加从而制造出三维物体的新型制造技术。2012年开始在国内兴起，该技术最大的优势在于不需要模具即可实现各种形状产品的制造。因此增材制造技术特别适合应用于利用模具铸造困难、形状复杂、个性化强的产品。 增材制造技术应用于换热器和散热器的制造，满足了产品趋向紧凑型、高效性、模块化、多材料的发展趋势，特别是用于异形、结构一体化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分复杂的形状、点阵结构等加工，该技术具有传统制造技术不具备的优势。 图1 应用增材制造技术打印的高效换热器  TPMS胞元式换热器 采用增材思维设计和制造 近年来，三周期极小曲面（Triply periodic minimal surface, TPMS）吸引了多孔结构研究人员广泛的关注。三周期极小曲面表面光滑且孔洞高度连通，整体结构由隐式函数精确控制，是一种设计建模多孔结构的优异解决方案。结合增材制造独特的制造技术，使得TPMS可实现设计、制造、应用、优化再设计的良性循环，尤其是应用在高效换热器行业。 图2 TPMS胞元式换热器 TPMS是一种平均曲率为零的周期性光滑隐式曲面，与其他类型的多孔结构相比，TPMS多孔结构具有两大明显优势： 1）整体TPMS多孔结构可以利用数学表达式精确描述，孔隙率、比表面积等基本性能可以利用函数表达式参数直接控制； 2）TPMS表面非常光滑，没有点阵多孔结构的尖锐转折或连接点，整体结构互相贯通。这种优势应用在换热器的设计中，具有换热高效性、产品紧凑、流阻小的特点，在航天航空、武器装备、汽车制造、生物医疗等行业已进行广泛的推广及应用。   TPMS胞元式换热器 可选晶胞类型 TPMS形式胞元通过中间曲面将流道一分为二，适用于两种流体之间的换热。 TPMS可通过正余弦函数来表示，如下表：   表 各类型TMPS数学公式 根据以上数学公式，通过隐式建模软件进行建模，如图3所示。 图3 各TPMS形式的隐式建模 当下高精尖行业，高效换热器设计需求越来越偏向于体积小、重量轻、压力损失小、换热性能强的趋势，这对传统减材式或等材式思维的制造要求极高，特别是超薄壁厚处理、异型结构加工工艺、进出口焊接工艺、装配工艺等。而3D打印以增材式思维进行制造，充分以数字模型为基础，在设计上的自由度、小批量生产的经济性、一体式打印有独特的优势。 因此TPMS胞元换热器通过增材制造，很容易实现整机打印出产品，因此在世界范围内，越来越多的换热器工程师对胞元式换热器的设计研发展现出极大的兴趣。 —作者— 本文内容来自安世亚太，转载已获得原创授权。作者张振江，流体机械及工程硕士，安世亚太DfAM赋能业务部流体仿真工程师，擅长换热器设计及换热器三维流体仿真，目前从事DfAM换热器设计及性能仿真评估工作。 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.报名 | Formnext深圳增材制造展 2.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动 3.增材制造入选2023年高端制造十大科学问题 4.影响陶瓷增材制造工业化推进的最大障碍及挑战

3D打印技术参考注意到，2023年6月30日，梦之墨全球首个柔性线路板增材制造量产示范工厂——厦门柔墨电子科技有限公司建成投产仪式成功举行，标志着梦之墨“线路板级电子增材制造”在FPC产品方向已完成技术验证阶段，达成规模化量产，成功迈出布局全球的第一步。 梦之墨一直都专注于电子增材制造领域相关的材料、工艺及应用等多方向技术的研发，通过持续投入和坚持探索，构建了一套独具特色的“材料-工艺-产品”三位一体的技术路线，是“线路板级电子增材制造”技术的拓荒者。   1. 什么是电子增材制造 现代电子制造生产工艺，主要分为：加成法、减成法与半加成法，目前以减成法为主。减成法工艺采用减材制造原理，通过光刻、显影、刻蚀等技术将不需要的材料去除，形成功能材料图形结构，这种工艺已经比较成熟。然而，随着环保和成本等因素的重视，减成法也逐渐暴露出一些不足之处，如污染排放和原材料损失等问题。 相较之下，以增材制造技术为核心的加成法工艺将有望改善这些问题。但多年以来，由于材料发展的限制，增材制造技术多以结构件制造应用为主，在电子制造领域发展较为缓慢。得益于纳米材料、液态金属材料等前沿新材料的发展，电子增材制造技术(EAMP™)于近年逐渐成型，并开始实现产业化应用，目前主要应用于电子线路板生产制造。 电子增材制造技术(EAMP™)通过一次性地将功能性导电材料喷涂或印刷在绝缘基材表面，从而形成导电图形。相较于传统的电子制造方法，如蚀刻法等后期去除材料的方式，这种一次成型的方法无需进行后续的减材制程，因而整体生产工艺简化、生产设备及所需材料大幅减少且生产过程近于零污染排放，具有轻量化、灵活化、绿色环保等天然优势。 与传统通过化学沉铜方法形成导电图形的加成法不同，电子增材制造技术(EAMP™)的关键在于材料技术与工艺的相互配合，通过不断优化材料和工艺参数，以更好的应用于印刷制造过程。这种材料系统和生产工艺的同步优化与创新正在最大限度发挥增材制造的优势，尤其在柔性电子制造领域。 作为一项新兴的制造方法，电子增材制造技术(EAMP™)正在得到广泛的推广与应用，被认为是未来制造产业中不可或缺的一环。随着新材料和新工艺的不断涌现，应用端需求的不断扩大和推动，以及技术和上下游供应链的逐步完善和成熟，该技术也将实现大规模生产，迈入高速发展期。未来，电子增材制造技术(EAMP™)将在更广泛的领域中得到应用，加速推动电子制造业的智能化和可持续发展。 2. 线路板级电子增材制造(EAMP™)技术 线路板级EAMP™技术以“材料和工艺”作为两大核心，通过在绝缘基材表面有选择性的“喷涂”或“印刷”导电材料，实现一次成型形成导电图形。 这种采用加成法工艺生产线路板的技术对材料及工艺的匹配性要求极高，材料配方技术、印刷工艺技术两者相辅相成、不可孤立。而这两个部分本身都是独立的技术体系且研发难度大，需要投入大量的资源及时间，因而鲜有企业同步进行材料研发和工艺开发工作，这也是虽然印刷电子技术虽起步早，但发展一直十分缓慢的主要原因。 梦之墨产品工艺路线 梦之墨技术来源于国内知名院校材料研发团队，具备较深厚的材料研发功底，公司成立后一直专注于电子制造领域技术的研究，通过多年的发展与积累，提出并建立起了一套成熟的“线路板级电子增材制造(EAMP™)技术”体系。 梦之墨产品案例 通过大量实际产品及项目的验证，梦之墨技术在线路板产品尤其是柔性线路板的批量生产中优势明显，简捷的工艺流程可有效提高生产效率、降低生产成本，同时该技术还具备的轻量化、灵活化和绿色环保特点，可有效应对电子制造业面临的困境。 3. 梦之墨发展规划 梦之墨制定了公司“2030规划”，将分为三个阶段完成。第一阶段从2023年到2025年，公司稳步发展、实现收入倍增，成为FPC行业的参与者并得到行业和客户的认可；第二阶段从2025年到2027年，公司将成为行业主流的贡献者，将颠覆性的工艺技术实现快速复制和拓展；第三阶段从2027年到2030年，公司力争成为行业引领者，实现百亿营收。  厦门柔墨是梦之墨2030发展规划中首个建设完成的基于增材制造技术的柔性线路板生产基地，建筑面积约2300平米，整体规划产能6万平米/月，目前完成一期产能建设，月产能3万平米。无需庞大的厂区、繁冗复杂的设备以及废水废液处理装置，就可以实现柔性线路板的批量化生产，具备轻量化、灵活化、绿色化的特点。正是基于这样的优势特点，梦之墨未来可以通过设立“厂边厂”，甚至于“厂中厂”的模式，更加贴近客户，为全球客户提供更为优质、更有保障的服务。 柔墨工厂的建成投产是梦之墨在全球范围内率先实现“线路板级电子增材制造”技术产业化落地的最好见证，作为一家拥有自主核心技术的中国企业，梦之墨将继续努力持续保持世界领先地位，为客户创造更大价值。 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.报名 | Formnext深圳增材制造展 2.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动 3.增材制造入选2023年高端制造十大科学问题 4.影响陶瓷增材制造工业化推进的最大障碍及挑战

粘结剂喷射金属3D打印通过选择性的在粉末床上喷射粘结剂来制造零件生坯，然后进行脱脂和烧结以实现材料冶金结合。在脱脂和烧结过程中，粘结剂烧尽，颗粒间发生颈缩，并且随着烧结的进行，粘结横截面积增加。粘结面积的增加导致生坯部件强度的增加。然而，由于高温作用，零件整体拉伸强度受到影响，因此具有悬垂特征的部件在重力作用下会发生扭曲或下垂。 用于避免零件下垂的传统方法是添加支撑或使用陶瓷支架，3D打印技术参考注意到，HP实验室的研究人员新开发了一种新颖的解决方案——一种形状保持涂层，可以消除烧结过程中对支撑结构的需求。 零件在烧结时需要添加支撑物 研究人员将形状保持涂层应用于铜和不锈钢生坯部件并进行烧结，该涂层表现出在烧结过程中抵抗变形的能力。悬伸量为28mm的铜零件和悬伸量为33mm的不锈钢零件在烧结后保持完整，成功抵抗了部分凹陷。涂层与零件表面形成冶金结合，在烧结过程中提供强度和稳定性。 为了确定铜和不锈钢零件的变形/下垂情况，在无涂层保护的情况下，生坯部件在500-1040°C的温度下进行了热处理。铜生坯零件在氩气和氢气保护气氛下以1040℃烧结4小时，不锈钢生坯件于1370℃烧结2小时。结果显示，铜烧结件的偏转角为20°，不锈钢烧结件的偏转角为13°。 (a) 铜生坯件 (b) 出现严重下垂的烧结铜件 (c) 不锈钢生坯件和 (d) 出现严重下垂的烧结不锈钢件 形状保持涂层的开发是为了防止烧结过程中的零件变形。将专为铜开发的SRSC-Cu涂层应用于生坯表面，在300°C下烧结1小时+500°C下2小时+650°C下1小时+1000°C下30分钟，结果发现具有28mm悬伸的烧结零件保持完整，变形量极小。这些结果说明了SRSC-Cu涂层可以消除烧结过程中的零件变形。值得注意的是，零件表面的SRSC涂层可以通过喷砂来去除。另据报道，具有50mm悬伸的零件在烧结后也保持完整，没有下垂。 带有SRSC-Cu涂层的铜零件能够抵抗烧结变形 通过对涂层生坯进行不同温度的热处理，研究人员能够更好的理解无支撑烧结的机理。根据他们的发现，当在300°C下处理1小时+500°C处理2小时时，涂层与零件表面形成牢固的冶金结合，并避免下垂。同时，多级烧结有助于增加烧结颈结合的体积，为其自身提供强度。当涂层零件被加热到600°C时，涂层中的化学反应会使其转变为多孔网络，粘附在零件表面。相关研究报道了有30°、45°和60°角悬垂特征的零件实验结果，均成功抵抗了变形。 研究人员还研究了316L不锈钢零件的无支撑烧结。为不锈钢开发的SRSC钢涂层应用于生坯表面，并进行烧结。结果显示，不锈钢零件在过程中也未出现抵抗变形的能力。在烧结的初始阶段，SRSC成分冶金结合到零件表面，并提供必要的强度，以防止在重力作用下下垂。与SRSC Cu涂层类似，SRSC钢涂层在烧结时会发生化学反应，反应产物与零件粘附较弱，经过清洗和喷砂处理后，没有先前涂层应用的痕迹。 具有SRSC-Steel涂层的不锈钢表现出抵抗烧结变形的能力 上图：在多倾斜角度下抵抗变形；下图：涂层可以诱导可控量的变形 在形状保持涂层的开发过程中，发现某些涂层在烧结时会引起正变形，使零件产生抵抗重力移动并抵消零件下垂。通过优化的涂层配方，研究人员能够调整零件的变形程度。研究展示了形状诱导涂层可以在烧结过程中为铜生坯部件增加新的尺寸，研究人员将这种有趣的新现象描述为“粘结金属4D打印”，因为3D打印的绿色零件在烧结过程中通过外部涂层转化为新形状，并能扩展来制造自组装金属结构 总的来说，这项发明对于粘结剂喷射金属3D打印具有重要的意义，在零件生坯具有能够支持自动化清粉处理的强度前提下，变形是影响该技术落地应用的另一重大影响因素。该问题的解决，将进一步增加3D打印对于零件设计的自由度，并为粘结剂喷射金属3D打印批量化应用带来机遇。 相关专利推荐：US20220226892A1相关论文推荐：Support-free sintering of 3D printed binder jet copper and stainless steel parts’, pages. 1494–1505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.粘结剂喷射金属3D打印│知名汽车品牌均在挖掘其应用潜力 2.干货分享：陶瓷3D打印之粘结剂喷射技术的成形材料、优势与挑战 3.最新突破：粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造 4.航发零配件供应商将粘结剂喷射金属3D打印纳入生产体系

传统基于激光的SLM 3D打印技术已经可以打印非常广泛的材料，但仍有一些工业常用材料被SLM工艺如面临大敌，如高反射的铜、易产生缺陷的碳化钨基硬质合金以及其他具有极高熔点的难熔合金等。这些材料的工业用户实际上也渴望能够借助3D打印实现更高的产品性能及其他制造优势。本期内容，3D打印技术参考将对以上材料为何采用传统的金属3D打印技术难以生产进行补充解释，并对替代解决方案的潜在优势进行分析，后者能够专门弥补SLM技术的不足。 采用非SLM工艺3D打印的金属与陶瓷产品 纯铜 纯铜具有较大的发展潜力和应用前景，但随着应用端对复杂结构零部件的需求增多，传统制备纯铜部件的工艺已无法满足全部需求。3D打印制造金属材料最典型的工艺就是SLM和EBM技术，但实际上均存在不足，主要原因在于它的高反射、高导电、及高导热。 首先，纯铜属于高反射金属，传统的SLM打印机难以实现生产，这一点已经被行业内外所接受。作为替代解决方案，采用短波长的绿/蓝激光打印实际上也存在问题，那就是成本过高，而且这两种激光并不普及。EBM由于使用的是电子束为热源，不会受到SLM激光高反射因素的影响，因此稍具优势。但因铜具有高导电率，EBM打印过程会很短；又因铜的高导热率，会导致打印的模型尺寸精度和力学性能各方面的可控性较差，因此打印的铜零件表面质量不佳，这又给铜感应线圈等应用的后处理带来不便。 很显然，这两种常被使用的3D打印工艺面对工业纯铜应用均存在很明显的制造不足，这也导致纯铜的3D打印应用并未释放潜力。因此本领域内的企业希望结合3D打印和传统粉末冶金技术，实现纯铜零件控形、控性制造，如借助光固化技术3D打印纯铜浆料以及借助挤出3D打印纯铜粒料以进行塑坯，之后通过成熟的粉末冶金工艺使之实现金属化的解决方案。 升华三维UPS-250打印的纯铜换热器 基于以上方法，纯铜3D打印不需要高能激光束，巧妙避开了纯铜打印过程中的高导热、高反射问题，通过先打印生坯，然后再经过脱脂、烧结，得到纯铜零件。  升华三维制备的纯铜结构件 对于该方案，想要获得高致密度或高导电导热纯铜制件，其纯铜打印材料配方和脱脂烧结的工艺要求也非常高。3D打印技术参考注意到，国内升华三维开发的纯铜颗粒料UPGM-CU在保持了原料高纯净度的同时还具有更易实现致密化的特性，能满足不同铜零件的打印需求。该公司利用自主研发的3D打印设备，可加工纯铜及其合金材料，已帮助用户实现热交换器、散热器和电感应器的产品开发。 硬质合金 硬质合金是一种复合材料，通常包括难熔金属碳化物（钛、钼、钨、钽、铌等的碳化物）和粘结金属（镍、钼、钨、钴等）。硬质合金具备优良的力学性能，有良好的耐磨性能、抗氧化性以及热稳定性。可用于制造切削刀具、凿岩工具、采矿工具、钻孔工具、量具、易损件、金属磨削工具、气缸套、精密轴承、喷嘴等，被誉为“工业的牙齿”。 硬质合金传统制造完全依赖模具，对硬质合金制造成本造成很大影响；另外，如复杂形状、多功能/变化功能复合结构、梯度结构等硬质合金也无法采用常规方法制备，严重限制了硬质合金制品的结构设计空间、材料优势发挥和应用领域的拓展。 传统硬质合金结构件（来自网络） 采用激光粉末床3D打印技术制造硬质合金已经能够成功制备接近理论密度、力学性能良好的硬质合金构件，但也存在许多的问题：如该技术往往需要后续处理，如元素熔渗提高综合性能、易产生裂纹孔洞缺陷；打印过程中重复加热冷却过程会形成独有的微观组织，影响零件性能，需要通过热等静压和热处理等后处理手段达到性能，但会带来额外的时间和成本，阻碍了3D打印硬质合金的发展进程。 与SLM技术相比，基于烧结的技术线路制备硬质合金构件一般不存在明显的裂纹和孔洞缺陷，组织整体分布均匀，力学性能优良，不过表面粗糙度有待加强。升华三维开发出了适配于挤出工艺的3D打印硬质合金材料及打印、后处理解决方案。以所开发的碳化钨UPGM-YG10为例，它是一种粒径在8-14目的近球形颗粒金属-陶瓷复合材料，首先3D打印出具有一定密度和强度的生坯，再经过专用的脱脂烧结和后处理工艺，从而获得最终致密和性能优异的结构件。 升华三维硬质合金打印材料 3D打印的硬质合金样品（来自：升华三维） 在硬质合金的3D打印制造过程中，升华三维利用了低温成型、高温成性的规律，很好的解决了硬质合金3D打印制备过程中极易出现的变形、裂纹、孔洞等问题，从而确保了产品性能一致性，为硬质合金高性能复杂结构制造提供有效解决方案。研究发现，通过其PEP工艺制备的硬质合金构件其致密度、均匀性、力学性能均能达到甚至超过传统粉末冶金工艺，有望为硬质合金广泛应用打开新窗口。 难熔金属 难熔金属材料具有高熔点及特有性能，一直以来作为高新材料加以发展。这类材料由于熔点高、高温强度高，给冶炼加工也带来很大困难，具有复杂结构的难熔金属部件更是难以制造。即便是基于激光的3D打印，由于温度梯度的存在，也易导致残余应力并引起开裂。以钨为例，使用3D打印多用来制造格栅结构，其他类型的应用尤其是涉及到尺寸较大的块体结构，此时采用激光3D打印则存在困难。   激光3D打印的钨易开裂 基于烧结的技术为难熔金属提供了一种新的3D打印解决方案。升华自主研发了UPGM-93WNIFE钨合金颗粒料，并掌握了难熔金属间接3D打印在打印装备及核心器件、成形材料、工艺及软件等关键技术，通过其开发的PEP技术生产的钨合金部件完全可直接使用，并且能实现更快的生产与打样。该技术为解决钨合金机械加工难、复杂结构生产和减重设计提供一种新的3D打印解决方案。 升华三维钨合金烧结样品 END 总的来说，基于烧结的挤出PEP工艺有别于传统的SLM金属3D打印技术，其结合了3D打印和粉末冶金的双重优点，能够很好的弥足其他工艺的制造不足。实际上，本文介绍的难成形材料只是该技术所擅长的材料之一，其他如高温合金、不锈钢等也是该技术常规的可成形材料。 采用3D打印与脱脂烧结分开的工艺模式，传统产业的用户还可以利用原有的脱脂烧结设备，可极大减少投入成本，并充分利用3D打印的优势。 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.影响陶瓷增材制造工业化推进的最大障碍及挑战 2.为特殊金属和特种陶瓷开辟一种可行的3D打印解决方案 3.报名 | Formnext深圳增材制造展，超300企业+1.5万名观众+80场论坛 4.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动，看透技术、材料、应用与市场现状

陶瓷增材制造技术具有材料利用率高、生产周期短、成型精度高、表面质量好等优点，可实现形状复杂的单件、小批量陶瓷零件的定制化生产。然而，由于陶瓷的固有特性和增材制造工艺的特点，成型件存在气孔、裂纹等典型成型缺陷。 造成陶瓷增材制造工业应用滞后的主要原因是成形缺陷过多和成形质量差。其中，裂纹缺陷严重影响陶瓷件的力学性能，是该技术向工业实用化推进的最大障碍。目前，现有的陶瓷增材制造裂纹缺陷研究主要集中在实验方法的裂纹形貌和抑制上。根据是否需要进行后处理，陶瓷增材制造技术可分为间接陶瓷增材制造和直接陶瓷增材制造。 对于间接成形方法，裂纹缺陷主要是在后续的高温脱脂和烧结过程中产生的。在高温脱脂过程中，生坯发生剧烈的体积收缩，进而在烧结件表面或内部产生裂纹缺陷。对于直接成形方法，在陶瓷粉末与高能量密度激光束的强相互作用下，陶瓷粉末在极短时间内经历高温熔化和冷却凝固过程，由此产生的高温梯度和冷却速率导致复杂的相变和微观结构变化。此外，这个过程不可避免的会产生热应力、收缩应力和内应力。在这些应力的耦合作用下形成不均匀的应力场，容易在样品表面或内部产生不同的微观和宏观裂纹缺陷。 1. 间接陶瓷增材制造裂纹的形态特征 根据裂纹形成阶段，间接陶瓷增材制造中的裂纹缺陷分为成型裂纹和烧结裂纹。成型裂纹主要是由于生坯成型阶段收缩应力超过聚合物结合强度造成的，形貌表现为水平和十字形裂纹，尺寸为纳米到微米量级。烧结裂纹出现在高温热处理阶段，裂缝开口大，方向性不明显，横向、纵向和斜向裂纹在烧结件表面交联分布，严重影响陶瓷件的力学性能。 间接陶瓷增材制造中的裂纹：(a) 形成裂纹；(b) 烧结裂纹 间接陶瓷增材制造烧结前后对比 根据裂纹的形态特征，间接陶瓷增材制造裂纹缺陷可分为微裂纹和宏观裂纹。微裂纹主要分布在晶界或孔隙周围，形貌表现为晶界和孔隙裂纹，晶界裂纹以沿晶开裂为主。另外，在裂纹扩展的作用下，裂纹扩展过程中可能发生能量、一定角度的偏转、分叉或与其他微裂纹桥接。在过大的裂纹扩展能作用下，晶粒被部分微裂纹直接穿透，形成穿晶裂纹。孔隙裂纹起源于孔隙周围较大的应力集中，在孔隙周围无序分布。 2. 直接陶瓷增材制造裂纹的形态特征 根据裂纹扩展方向，宏观裂纹可分为横向裂纹和纵向裂纹。粉末床式直接陶瓷增材制造中的裂纹主要起源于沉积层与未熔化粉末的交汇处，并延伸至沉积层的中心区域，形态以横向和纵向裂纹为主，局部有少量斜向裂纹。横向裂纹垂直于激光扫描方向，纵向裂纹平行于激光扫描方向，横向和纵向裂纹交联并继续扩展形成斜向裂纹。 直接陶瓷增材制造中的裂纹：(a-c)微裂纹；(d-e) 宏观裂缝 采用激光直接制造的三元共晶陶瓷 在多通道单层沉积实验中，相邻扫描线相交处容易出现纵向长裂纹。送粉式直接陶瓷增材制造的宏观裂纹主要集中在熔覆部位的两侧和中间区域。纵向裂纹主要起源于沉积层与基体的交界处，并沿沉积方向扩展。横向裂纹起源于沉积物两侧区域的边缘，并沿激光扫描方向传播，集中在沉积物高度中部以下的区域。中间裂隙短而密，集中在沉积部位的中部区域，呈以主裂隙为主的纵向裂隙。熔覆部位两侧裂纹数量较少，裂纹扩展深度大，主要包括纵裂纹和横裂纹。 3. 陶瓷增材制造工业化应用面临的挑战 目前的陶瓷技术已经取得了一些突破和进步。然而，大尺寸无裂纹陶瓷零件的制备和工业化应用仍面临诸多挑战，主要集中在以下几个方面： (1)目前建立的开裂判据主要是基于残余应力的经验模型，可以在一定程度上反映热物理参数、激光功率密度、最大成型尺寸对裂纹萌生的影响，但仍存在一定的局限性。从能量的角度为多组分材料和不同的技术建立一个通用的开裂准则是一个巨大的挑战。需要综合考虑微观晶界界面能、晶内原子键合能和孔隙表面自由能，建立统一的开裂判据。 (2)陶瓷增材制造过程中裂纹的时空演化过程难以通过实验和理论方法获得和确定，如何利用多尺度数值模拟方法（如晶体塑性模型有限元法、相场法、边界元法等）准确模拟多物理场耦合下陶瓷增材制造工艺的裂纹萌生位置和扩展路径面临挑战。 光固化3D打印制造的陶瓷 (3)在直接陶瓷增材制造工艺中无法避免因温度梯度过大而导致的热应力。以往的研究多采用高温预热或超声振动等单场辅助方法来降低成形热应力，抑制裂纹的萌生和扩展，具有一定的局限性。多能场耦合辅助沉积技术的发展，如辅助预热场、超声振动、压力场等能量场的耦合，可为大尺寸陶瓷件制备提供更好的裂纹抑制效果。 (4)过程监控与人工智能的结合，利用X射线CT扫描、激光红外热成像等缺陷监测技术，可以原位、无损、直观地动态跟踪陶瓷增材制造沉积过程中裂纹缺陷的特征和演化过程，并进行定量统计分析。此外，利用机器学习和数字孪生等人工智能技术，对陶瓷增材制造中监测到的成形缺陷进行特征提取，建立裂纹缺陷预测的多维特征数据库。此外，利用多传感器和多信号融合技术，执行裂纹缺陷的主动反馈机制，动态优化工艺参数或材料成分，从而实现裂纹的动态抑制。 END 陶瓷增材制造技术已成为制造先进陶瓷的主要途径，但裂纹缺陷已成为限制其应用的主要障碍，也成为该技术最重要的研究方向和需要解决的关键问题。本文内容主要阐述了陶瓷增材制造裂纹的主要形态特征，但陶瓷的间接与直接增材制造裂纹的形成机制存在显著差异，探究裂纹形成机理有助于揭示裂纹的起源和扩展规律，是制备无裂纹陶瓷结构件的关键。  推荐文献：南华大学刘志文副教授《Advances in crack formation mechanism and inhibition strategy for ceramic additive manufacturing》发表于Journal of the European Ceramic Society注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请联系授权。 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.工艺总结：直接与间接陶瓷3D打印工艺种类及特点 2.瑞士高校开发出复杂陶瓷混合增材制造工艺 3.江南大学重磅研究：3D打印无支撑、多尺度、大跨度复杂结构陶瓷 4.2300万！燕山大学陶瓷增材制造课题获科技部国家重点研发计划支持