点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享近日，以采用3D打印制造超级跑车著称的Czinger Vehicles，推出了一种拓扑优化的全3D打印变速箱，这是一项首创创新。该公司与赛车运动和生产高性能汽车变速箱的全球领导者Xtrac合作，率先推出了第一个拓扑优化和3D打印的变速箱箱体。  变速箱的生产使用3D打印工艺和铝合金，显著减少了重量、具有出色的结构性能、生产质量和高效的打印时间。此外，这种制造工艺避免了对工具的需求，大大减少了开发时间，并能够进行实时设计改进。变速箱是该公司将这种先进技术应用于动力总成系统的重要实践，并进一步增强了其超级跑车的行业领先性能。最重要的是，虽然这是一个原型，但它也是将投入生产的相同产品。  在汽车制造领域，拓扑优化对于减轻重量是一项重要的手段，尤其对于3D打印技术来说，是体现后者技术优势的关键。当前，拓扑优化已经越来越多的与AI驱动的创成式设计相结合，能够加快设计并最大化某些工程属性，尤其是结构性能。Czinger的母公司Divergent Technologies开发了自己的拓扑优化软件，这是其DAPS平台不可或缺的组件之一。 当前，国际汽联批准了多种3D打印金属材料，可以看出，铝合金就有多种种类，涉及普通铝合金、中强铝和高强铝，这些材料分别适合于超级跑车的不同结构应用。 铝合金：AlSi10Mg，AlSi7Mg，Al Cl-30AL 颗粒增强铝合金：A20X，2024-RAM2、6061-RAM2 铝镁合金：Scalmalloy 钛合金：1级，2级，Ti6Al4V，Ti5553，Ti6242。 钢合金：316，304，MS1，15-5PH，17-4PH，300M，4140。 高温合金：Inconel 625，Inconel 718，钴铬合金。 不含铍的铜合金。   根据增材制造技术前沿的市场观察，Divergent Technologies购买了多台SLM Solutions的NXG XII 600，它是世界上首台大幅面、配备超多激光数量的PBF金属3D打印机，具有极高的成形效率，成形尺寸达600 x 600 x 600mm。3D打印的变速箱外壳具有复杂的几何形状，拓扑优化和铝合金材料将大幅减少部件的重量。Xtrac则是专门设计赛车变速箱的公司，这使其成为省油豪华超级跑车制造商的合理合作伙伴选择。注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（248112776）

正如3D打印技术参考在此前曾介绍过的，漫格科技推出的VoxelDance工业级3D打印准备软件工业用户量已超2万，并与国内重量级的增材制造OEM厂商，如铂力特、易加三维、汉邦科技、鑫精合、雷佳等均已达成合作。 3月17日，3D打印技术参考注意到，VoxelDance Additive软件迎来重要升级——正式推出了4.1版本！此次更新，漫格科技继续完善了金属3D打印需要的新功能，并在效率优化上做了极大提升，进一步提高了金属3D打印的效率。01零件导入速度提升5-10倍 随着3D打印应用的广泛和深入，零件的结构复杂度也在不断上升，零件的数据量也成倍增长。同时，面对打印设备的大型化、多光化的趋势，整版零件数量也在增加。 VoxelDance Additive 4.1开发团队进一步提升了大零件的导入、导出效率，相比4.0版本带来了5-10倍的效率提升，大大缩短了等待时间。  导入零件三角面片3000万+，文件大小1.8GB 02 全新渲染显示，效率提升5-10倍 启用全新的渲染引擎，软件运行效率提升5-10倍，模型操作帧率提高，大大提升用户使用体验。 4.1软件操作帧率为114 4.0软件操作帧率为503 重构支撑模块，进入退出无延时 此次4.1升级，漫格重新调整了软件架构，使进入和退出支撑模块不再需要读取模型和支撑数据，从此再无卡顿。 04 新增最低线柱状、肋支撑 在实际的打印过程中，一个模型往往需要多种支撑类型配合使用，来实现最优的支撑设计。 在支撑脚本中添加最低线柱支撑，软件可以自动识别零件的最低线，为其添加最低线柱支撑，有效确保金属零件在成型过程中，将热量及时传导到基板上，防止因热量聚集而产生的翘曲和开裂。 在支撑脚本中添加肋支撑，软件自动识别模型的悬臂结构，为其添加肋支撑，可以减少支撑，节省打印材料。 05 新增最低面生成选项 在块支撑、柱支撑和智能支撑参数中新增最低面生成选项。 在一些金属零件的支撑设计中，最低面生成支撑的功能，可以实现在低处使用强度更高的块支撑，在零件较高的高度又可以使用肋支撑、智能支撑或柱状支撑的的自动组合支撑设计。这样可以减少支撑，节约打印材料。 06 新增轮廓支撑 轮廓支撑适用于细长形的零件，相对于块状支撑，轮廓支撑可以减少激光跳转，优化打印时间。 07 3D排版功能优化 多种摆放策略，满足用户多种排版需求，有效提高零件的排版效率。  选中的零件优先摆放   Voxeldance Additive是一款强大的3D打印准备软件，覆盖了手板、鞋模、树脂/金属齿科、珠宝、医疗、教育、工业模具、消费品等主流3D打印应用领域，适用于SLM、SLA、DLP、SLS 等工业级3D打印技术。受益于漫格科技持续优化的VDK几何引擎和高度优化的打印流程，用户能够快速实现3D打印准备，有效提高生产效率及打印成功率。Voxeldance Additive将所有的功能模块集成在一个平台上，用户只要一个软件就能完成所有的3D打印数据准备工作。软件功能包括CAD数据导入、STL文件修复、方向优化、智能2D/3D摆放、生成支撑、切片、路径规划等。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.工业用户已超2万，国产3D打印数据准备软件——弥补产业空白，加速发力 2.与Oqton合作，华曙高科将使激光粉末3D打印流程高度精简 3.比哈佛难进！中国3D打印设备商企业入选微软加速器创业加速计划 4.2023年增材制造行业薪资调查报告（附投票）

近日，3D打印技术参考注意到，战略咨询和市场研究公司BlueWeave Consulting于近日发布了一项关于高性能塑料3D打印市场的新研究，显示该细分市场取得了非常积极的成果。到2029年，它的价值预计将达到1.845亿美元，在此期间的平均年增长率为8.5%。 全球3D打印高性能塑料市场的主要增长因素包括汽车、医疗、航空航天和国防等最终用户行业的需求不断增加，以及该产品在制造业的高度采用。3D打印的塑料产品非常坚固耐用，适合用于重型机械和设备。政府出台了越来越多的措施，包括增加研究资金、促进3D打印技术的法规，以及加强对欠发达国家环境退化的审查。3D打印的高性能塑料在制造业中获得更多的使用是主要的市场驱动因素。 全球3D打印高性能塑料市场概览   3D打印是一种比注塑成型和减材制造等传统方法更快的生产技术。热变形温度超过150摄氏度的聚合物已经可以用于3D打印，这些材料具有良好的性能，如耐极端温度、更高的强度和刚度、耐久性以及很强的耐化学性。 按类型划分，全球3D打印高性能塑料市场分为聚酰胺（PA）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚醚酮（PEEK）和增强型HPPs。在预测期内，聚酰胺类细分市场预计将占据全球3D打印高性能塑料市场的最高份额。   聚酰胺（PA）3D打印机在医疗领域用于制造医疗设备。该材料包含是具有功能性的聚合物，可用于多种打印工艺。它使3D打印机能够制造各种结构的产品，如手术器械、用于研究的医用组织和其他医疗品类。   聚醚酰亚胺类（PEI）细分市场预计将主导市场。对于不同的垂直行业，将采用不同的3D打印等级。出于安全考虑，飞机和汽车行业需要坚固耐用的基础结构，因为会影响油耗，因此它们需要强度重量比，这些行业的产品必须严格保持重量平衡。聚醚酰亚胺具有耐热性和阻燃性，而且经久耐用。由于在结构应用中具有这些优势，预计聚醚酰亚胺部分将增长最快。   竞争格局   高性能聚合物被认为是最难3D打印和加工的塑料，因为它们对成形温度往往要求非常苛刻，需要特定的机器，特别是要保证最佳的温度管理。通常，打印高性能聚合物需要封闭的外壳、加热床以及加热的打印室。打印参数更具技术性，但关键是要获得非常高的性能，以用于航空航天或汽车等耐高温的行业。   就工艺类型而言，高性能聚合物的3D打印工艺有熔融挤出、粉末床烧结/固结、光固化等，对应的材料形式就分为了丝材、粉末和液态。     全球高性能塑料3D打印市场的主要参与者包括：国内方面有华曙高科、复志科技、一迈智能、铼赛智能、联泰科技、远铸智能、万华化学等；国外有DSM、Stratasys、3D Systems、Markforged、EOS、Evonik Industries AG、Solvay、Oxford Performance Materials、HP、BASF, DuPont等。   为了进一步提高市场份额，这些公司采用了各种策略，包括并购、合作、合资、许可协议和新产品发布。该报告的深入分析提供了有关全球3D打印高性能塑料市场的增长潜力、未来趋势和统计数据的信息，还强调了推动总市场规模预测的因素。该报告承诺提供全球3D打印高性能塑料市场的最新技术趋势和行业见解，帮助决策者做出合理的战略决策。此外，报告还分析了市场的增长动力、挑战和竞争动态。 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; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.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 2.超1000万件！高性能复合材料和金属材料挤出3D打印到底能做什么 3.高性能聚合物3D打印在石油、天然气行业有重要应用 4.2022年8款国内市场可以买到的桌面型碳纤维复合材料3D打印机

中南大学粉末冶金国家重点实验室于1989年经国家计委批准依托于中南大学进行建设，1995年通过国家验收并正式对外开放运行。实验室立足于服务国家重大战略和经济建设对新材料的重大需求，为我国重点战略提供了上百种特种粉末冶金材料，是我国粉末冶金高层次科研、人才培养与合作交流的综合基地。2015年，基于前沿增材制造新材料的研究需求，中南大学粉末冶金国家重点实验室引入了华曙高科FS271M设备——这是华曙高科发布的首款金属增材制造设备，同时也是售出的第一台。引入7年来，这台设备助力该实验室承担了10余项国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家项目，进行了铝合金、钛合金、难熔金属合金等多种类金属材料研发，发表增材制造相关的学术论文80余篇，在新材料科研领域取得突破性进展，在国际上处于先进水平。 01参数开源——助力科研 中南大学粉末冶金国家重点实验室博士生导师陈超副教授指出，“我们通过调研发现，当时进口品牌的3D打印设备都是采用闭源系统，如果需开发新材料或更改烧结参数，就必须另外支付高额的参数包购买费用，无法实现科研个性化。而华曙高科设备的开源性能让我们根据需要，选择更多更合适的工艺参数，这也是我们决定与华曙合作的首要原因。” 2015年，中南大学粉末冶金国家重点实验室引入华曙高科首台金属增材制造设备FS271M，用于新材料研发项目。7年来，始终稳定运行的FS271M设备成为中南大学粉末冶金国家重点实验室科研攻关、新材料研发的“坚实后盾”。 陈超教授（图左）在FS271M设备前与学生讨论新材料研发项目 首先，FS271M开源参数可灵活调整，充分满足了研发人员在研发过程中根据打印实况多次调整分层厚度、激光功率等参数的需求； 其次，FS271M高稳定性确保了在多批次重复打印时成形样件综合性能的一致性，使新材料在强度、屈服度、塑性、光滑度等方面达到需求，最大程度确保了实验数据的准确性； 第三，其光斑大小可调整，具备的精细小光斑契合了科研人员对于成形精细度的要求。 与此同时，本地化售后服务和专业培训，以及华曙高科创始人、董事长许小曙博士在增材制造领域深厚的技术沉淀，让中南大学粉末冶金国家重点实验室对与华曙高科的合作充满信心。 027年研发，硕果累累 一直以来，铝合金、钛合金等轻合金材料以其质轻、高比强、抗腐蚀等优异性能，广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车等领域的轻量化结构。但实际应用于增材制造的合金种类非常少，难以满足承重、耐热等复杂服役环境对合金构件的迫切需求。因此，亟需开发兼具良好成形性与强韧性的增材制造合金。 中南大学粉末冶金国家重点实验室陈超教授团队，在FS271M设备上开展了一系列研究工作，在开发增材制造高强耐热合金材料难熔金属材料方面取得重要进展——研发的铝合金、钛合金、难熔金属合金等多种类金属材料性能优异，在国际上处于先进水平，并承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家项目10余项，发表增材制造相关的学术论文80余篇。 中南大学粉末冶金国家重点实验室与湖南湘电动力有限公司，在FS271M设备上联合研发一体成型铝合金大热流密度电机壳体 03面向科研——升级设备 2020年，华曙高科发布了FS271M全面升级换代产品——FS273M, 它承袭了FS271M 的开源和优良品质，增加了双激光配置，并专为科研用户开发了大小缸配置。其中小缸进行材料开发，大缸进行零件试制，左右激光光斑一大一小，光斑尺寸连续可调，不仅能帮助科研用户降低使用成本，还能达到最佳打印效果。 “随着近年来技术发展，3D打印已经成为了一种不可缺少的材料加工方法，今后我们仍然有许多研发工作值得去探索：一方面要开发适合3D打印的材料体系，根据3D打印技术特点去调整材料成分，使其更适合3D打印并获得更优异的性能；另一方面，多材料3D打印、梯度3D打印都是未来发展的大趋势。”谈及下一步研发方向，陈超教授表示。未来，华曙高科将继续与中南大学粉末冶金国家重点实验室等高校科研用户精诚合作，支持全球高校科研用户在新材料研发等领域不断深入研究，充分发挥金属增材制造技术优势，提供更多技术支持，助力开发更多具有参考价值的研究成果。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.与Oqton合作，华曙高科将使激光粉末3D打印流程高度精简 2.比哈佛难进！中国3D打印设备商企业入选微软加速器创业加速计划 3.北理工院士团队：采用国产多激光金属3D打印装备制备出高铁刹车盘 4.美陆军新授予1亿美元用于地面部队3D打印和数字化改造，警惕差距拉大

3月15日，Desktop Metal宣布，采用自家的Production System™粘结剂喷射金属3D打印机成功攻克Ti64钛合金与C18150铜合金制造。至此，该公司完成攻克粘结剂喷射金属3D打印最为难以成形的钛、铝、铜合金的制造。 1. 攻克Ti64钛合金粘结剂喷射3D打印制造 钛合金成形工艺的攻克是与TriTech Titanium Parts公司合作完成的，该材料已获得后者的认证。TriTech专注于钛合金零部件生产，拥有金属注射成形、精密铸造以及粘结剂喷射3D打印三种生产技术，可提供从小批量到大批量的钛合金精密零件制造。TriTech公司在使用粘结剂喷射3D打印制造零件时，首先采用该工艺打印生坯，然后在真空中烧结至约98%的密度，根据应用还会涉及到后续机加工或表面精加工。 TriTech负责人与DM公司的粘结剂喷射打印机 航空航天、船舶和汽车领域是TriTech的主要市场，作为一家经验丰富的钛合金零件制造商，该公司寻求使用不同的工艺制造不同需求的零件。对于3D打印技术而言，其优势在于制造复杂结构，但传统的基于激光或电子束的金属3D打印技术不仅效率低而且成本高昂，难以实现批量化制造。粘结剂喷射工艺则是兼具成形效率、成本和复杂结构制造的改善型解决方案。 采用粘结剂喷射3D打印工艺制造的Ti64零件 采用粘结剂喷射3D打印工艺制造的Ti64零件TriTech公司的负责人Robert Swenson表示，“通过粘结剂喷射3D打印，即使是最复杂的钛合金零件生产也可以大大简化制造流程并能够以更低的成本实现。我们非常自豪能够成为全球第一家使用粘结剂喷射3D打印钛合金的团队，同时能够为客户提供这种新的制造技术。” 2. 攻克C18150铜合金粘结剂喷射3D打印制造 Desktop Metal表示，C18150铜合金成形工艺的攻克是与全球前五名汽车制造商合作的系列生产项目的一部分，这家汽车公司一直较为神秘。 采用粘结剂喷射3D打印工艺制造的C18150铜合金零件 山特维克开发并提供了C18150粉末，在P-1机型上完成打印并烧结后可获得98-99%致密度，能够满足汽车制造商的使用需求，因此获得了DM的认证。C18150是一种铬锆铜，兼具强度、导电和耐腐蚀性，适用于广泛的工业和商业应用。它还能够承受高达500°C的工作温度，使其成为汽车行业某些应用的理想选择。 采用粘结剂喷射3D打印工艺制造的C18150铜合金零件 不过，Desktop Metal并不是第一家认证铜材料粘结剂喷射3D打印的制造商。3D打印技术参考已经报道过，2021年Digital Metal宣布推出纯铜3D打印材料，成为第一个为粘结剂喷射3D打印系统提供官方认证的纯铜材料和工艺的设备商。 3. 攻克6061铝合金粘结剂喷射3D打印制造 2021年，DesktopMetal与Exone同时宣布突破了铝合金粘结剂喷射3D打印制造。Desktop Metal所采用的材料由Uniformity Labs提供，新型粉末可以进行高浓度烧结，这是两家公司经过多年合作开发的一种低成本原料，可生产出完全致密的可烧结6061铝，伸长率超过10％，并具有相比锻造6061铝更高的屈服强度和极限抗拉强度。Exone虽没有公布其材料来源，但表示是与福特汽车公司合作实现的。 Exone已成为Desktop Metal的一部分 Desktop Metal创始人兼首席执行官Ric Fulop 表示，Desktop Metal很荣幸能与经验丰富的制造商合作，为粘结剂喷射带来新解决方案。随着新材料的加入，该公司已经可以采用粘结剂喷射工艺成形23种金属，包括具有挑战性的铜、铝以及钛。 4. 钛、铜、铝粘结剂喷射3D打印制造的难点 钛、铜和铝一样，是易氧化金属。根据3D打印技术参考此前的介绍，钛合金的打印和烧结过程对氧含量很敏感，如果过程控制不好，便难以实现零件致密化以及好的延伸率，设备稳定性、温度均匀性都是考量指标。这些因素造成采用粘结剂喷射来打印钛合金变得困难。 粉末处理环节 2020和2021年，Desktop Metal分别推出了基于其Studio桌面3D打印系统的纯铜和Ti64材料，这是针对以烧结为基础的铜和钛3D打印工艺的一项突破。同样在2021年，Desktop Metal和Exone同时宣布突破铝合金粘结剂喷射3D打印，这一进步则具有更重要的意义，易氧化的钛、铜在采用粘结剂喷射打印生坯时无疑将会延用类似的气氛保护方法。Desktop Metal与TriTech的合作则于2022年开始，基于后者本身所拥有的丰富钛合金注射成形经验，将其过渡到3D打印，则将为真正的制造带来最后的突破。至于铜合金方面，目前则没有更多的介绍。 5. 评论 在3D打印技术参考看来，钛合金、铝合金以及铜合金能够采用粘结剂喷射实现3D打印制造，无疑将带来革命性的影响，它将势必加速金属3D打印高效、低成本和批量化制造的进程，并能拓展更多的行业应用。但需要指出的是，无论材料是否容易成形，该技术本身还需要关注整个制造流程效率的问题。已经有许多分析文章指出，该技术所制造的早期生坯零件存在强度和粉末清理问题，大量的手工操作将为批量制造带来诸多不利，轻则影响制造效率，重则影响制造质量，自动化水平并不比当前基于激光的金属3D打印高。同时值得注意的是，铝合金粘结剂喷射3D打印工艺已经突破了两年，但截至目前，仍未有相关应用的报道。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;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.最新：ExOne、DM同时宣布突破铝合金粘结剂喷射3D打印 2.基于桌面金属3D打印的Ti64钛合金材料和工艺被突破，细数其难点和应用 3.纯铜3D打印工艺的发展：从SLM、3DP、FDM到DLP 4.理光宣布突破6000和4000系铝合金粘结剂喷射金属3D打印成形

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享由于增材制造技术制备的零件具有较大残余应力，因此大型零件的增材制造仍然存在困难。北京理工大学、装甲兵工程学院装备再制造国家重点实验室、新加坡国立大学等科研院所的研究人员提出了一种工艺、结构和性能相结合的方法来控制零件成形质量，并以高铁制动盘作为验证实例，采用多激光-选区激光熔化（ML-SLM）制备了大尺寸产品。探究了工艺参数优化、力学性能分布、结构设计等，相关研究成果发表于材料科学顶刊《Materials & Design》。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111209 选区激光熔化 (SLM) 是一种使用高功率激光熔化金属粉末以逐层叠加形成三维零件的一种技术，已经表明SLM能够生产孔隙率小于0.1%的完全致密部件。因此，它非常适合生产具有优良机械性能的零件。此外，SLM的使用极大地扩展了产品设计的可能性领域，因为它能够产生复杂几何形状零件。然而由于零件尺寸限制、可加工材料类别少和成型质量差等增材制造 (AM) 技术的限制，上述优势仍未得到充分利用。通常，单激光系统的成型室尺寸小于300mm×300mm，无法生产交通和航空航天行业需求量大的大尺寸复杂零件。 近年来，多激光器选区激光熔化技术发展迅速，它利用两个或多个激光器同时扩大成形尺寸，提高生产率。24CrNiMo是一种高强低合金钢，在高温下具有优异的摩擦学性能、力学性能和结构稳定性，已广泛用于生产时速250km/h以上的高速铁路制动盘。现有的24CrNiMo不适合AM工艺，因此调整化学成分可以提高成形质量。目前，作者团队已经针对SLM技术对24CrNiMo的材料设计和形成机制进行了广泛的研究。然而，目前这种材料的应用尚未得到验证和研究。因此，这项研究着重于大型合金钢零件的质量控制以获得高性能产品。主要探讨了工艺参数与孔隙特性之间的关系，以获得兼顾成形质量和生产率的最佳组合。并对不同区域、不同状态下的力学性能进行测试，考察成形质量和性能的一致性。最后，使用多激光金属3D打印技术制造了新的制动盘并进行了首次测试。 使用多激光金属3D打印技术制造了新的制动盘并进行了首次测试 这项研究中使用的24CrNiMo合金钢粉末通过真空感应气体雾化方法制备。24CrNiMo粉末的粒径范围为18.7-144μm，平均直径约为53μm。所有样品和零件均采用E-Plus M650 SLM增材制造机器，由中国E-Plus科技有限公司生产，该机器配备了四个500W光纤激光器，光束直径约为100μm，成型室尺寸达到655mm×655mm×800mm。在打印过程中，将底板加热至60°C，使用高纯氮气作为保护气体，确保氧含量保持在0.1%以下。 (a) 部分自支撑测试结构(b) SLM-disc 结构(c)中空结构剖视图(d) 内部流道结构透视图和关键测试尺寸 ‍(a) 制动盘的生产过程(b) 金属3D打印的半成品盘(c)磁粉检测结果(d) X 射线CT检查子区域‍ 大多数样品孔隙率低于0.1%，并随能量密度的增加而降低。足够的能量可以更充分的熔化金属粉末，从而减少孔隙和夹杂物等缺陷的形成。当能量密度达到一定值时，孔隙率几乎保持不变甚至增加。 将基板上的试样分成不同的成形区域，对应于系统中运行的四个激光器，每个区域的边界处有一个重叠区域。与单一激光系统的不间断扫描方案不同，重叠区域的结构分两步成形，先成形一半，然后使用相邻激光一段时间后成形另一半。探索成形质量的一致性，测试不同区域制造的试样的力学性能。结果发现，不同区域样品的标准差从统计学的角度反映了性能的一致性。伸长率一般与强度成反比，但拉伸试验结果显示出与传统方法不同的趋势，传统方法有望实现高强度和高韧性。优异的拉伸性能不仅可以提高成型质量，还可以提高产品性能。 图6 ML-SLM 沿扫描方向在不同区域制作的试样的代表性工程应力-应变曲线。 研究人员同时将单激光和重叠区域制备的样品在热处理状态下的冲击能量与铸造制作的样品进行了比较（29J），单激光区域的平均冲击能量为101J，重叠区域为113J，均优于铸造样品。冲击断口存在大量较小的韧窝，为典型的韧性断裂特征。与传统技术相比，SLM制造的24CrNiMo试样具有更高的强度和韧性，可以生产承受更大变形的零件。合适的热处理工艺可以释放残余应力，提高性能一致性，但会在一定程度上降低强度。SLM技术提供了克服强度-韧性权衡的潜在途径，它可能会解决制动盘的断裂问题。 最后，作者团队采用SLM技术制备的刹车盘进行机械加工，使用压缩空气清洁中空结构中未熔化的金属粉末，以防止热处理过程中出现烧结现象，并在热处理后使用线切割机将零件从基板上取下，使用机床而不是手动方法去除薄壁支撑结构。与传统制造方法相比，采用SLM技术制备的制动盘大大缩短了加工步骤，利用该技术有利于探索新产品的开发。 使用SLM制造的制动盘的生产流程 使用SLM制造的制动盘进行测试 总之，这项研究有望为大型合金钢零件的质量控制提供参考，同时也展示了增材制造技术对功能性产品的潜在好处。主要结论总结如下：工艺参数与孔隙之间存在密切关系，这也会影响成形效率，特别是对于大型零件。孔隙率随着热输入的增加而降低，然而，过多的热输入会导致孔隙率和孔径的增加。合适的激光功率和高扫描速度更适合大尺寸零件，提高成型质量。SLM技术可以改善强度-韧性关系。SLM技术可以扩大成形尺寸，提高生产率，不同区域的力学性能和成形质量具有良好的一致性。合适的热处理可以释放残余应力，保证性能变化小，甚至可以减小单激光器区域和重叠区域之间的性能差异。制备的刹车盘台架测试表明，在SLM制备的刹车盘在连续制动过程中具有更集中的摩擦系数和更均匀的温度分布，这显示了增材制造技术在功能性产品上的潜在优势。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.国内LPBF大尺寸金属增材制造制造装备汇总 2.与Oqton合作，华曙高科将使激光粉末3D打印流程高度精简 3.西门子能源授权第三方将自研金属3D打印数据库商业化 4.航天领域总工艺研究师：谈3D打印的零件质量能否满足火箭飞行

3月15日，3D打印技术参考注意到，SLM Solutions已与以钛合金回收和粉末再制造为重要业务的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。 IperionX能够将100%回收的钛合金原料再制造为高质量钛粉，并显著减少传统钛合金粉末生产过程中的碳足迹和环境影响。谅解备忘录的签订，意味着SLM Solutions将为全球客户提供第一批由100%回收再制造的钛金属材料。 IperionX联合创始人兼首席执行官Anastasios Arima表示：“我们很高兴能与金属3D打印解决方案的全球领导者SLMSolutions合作。该协议承认了可持续、100%回收的钛金属粉末对领先公司的价值，并将成为SLMSolutions全球客户的独特粉末产品。” SLMSolutions首席执行官Sam O’Leary表示，“IperionX和SLMSolutions之间的合作对用户来说有真正的好处，能够利用回收的低成本钛材料扩大材料组合。我们期待将回收钛金属粉末作为我们广泛材料产品的一部分。” 2022年，IperionX购买了两台SLM Solutions的金属3D打印机（SLM 125 和 SLM 280），以验证回收钛合金粉末在制造合格零件方面的潜力。 SLM Solutions认识到IperionX在商业、技术和可持续性方面的优势，它将成为前者开放式架构材料产品的宝贵补充。 重建钛合金粉末材料供应链 2021年，IperionX与美国能源部 (DOE) 和橡树岭国家实验室(ORNL) 合作，验证了该公司的Ti6Al4V 粉末在增材制造中的使用。IperionX 获得DoD和DOE的批准预示着该公司在政府采购市场的未来，它还有可能成为其他关键经济领域不可或缺的一部分。 2022年9月，IperionX宣布将开设首家100%回收钛金属粉末工厂。 2023年1月，3D打印技术参考注意到，美国空军研究实验室（AFRL）公布了一项关于3D打印用钛合金回收和低成本生产新粉末项目的合同，美国国防部 (DoD) 技术加速器的国家安全创新网络部门（NSIN）将提供高达50万美元的研发资金，IperionX获得了合作机会。具体来说，该项目要求企业提交3D打印用Ti-6Al-4V粉末的回收方法提案，该方案需要具有低成本制造新粉末的特点。 2023年2月，美国海军授权采用IperionX的回收再制造钛合金粉末为舰船3D打印制造泵组件，这将使美国海军显著缩短关键部件交货时间、提高设备可用性并持续重建美国关键钛金属供应链。 IperionX 的专利技术为国防、航空航天、汽车和消费电子等一系列重要行业在美国制造低成本、低碳钛合金粉末提供了一条途径。这些获得专利的技术可以对低品位、高氧、不合格的钛废金属进行升级改造，生产出达到或超过行业标准的钛金属。 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;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.与Oqton合作，华曙高科将使激光粉末3D打印流程高度精简 2.比哈佛难进！中国3D打印企业入选微软加速器创业加速计划 3.铂力特多激光金属3D打印零件剖分和路径规划软件—更智能，更高效，更便捷 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

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享对于粉末床激光熔融（LPBF）工艺，打印后的热处理通常是调节零件微观结构和性能的重要步骤。增材制造技术前沿注意到，西工大凝固加工国家重点实验室于近期发表了一项研究，采用一种新的原位重熔策略，无需热处理即可在打印过程中定制微观结构，因此可在不牺牲延展性的情况下有效提高强度。 https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103443 对于金属3D打印的零件，为了进一步调节机械性能，通常需要对零件进行热等静压 (HIP) 等热处理。例如，基于高温高压条件的热等静压可以减少甚至消除增材制造零件内部的孔隙或微裂纹，从而提高机械性能，尤其是延展性和韧性。同时，增材制造零件的热处理通常需要消除内应力，恢复所需的延展性和韧性，改变磁导率, 或对沉淀强化材料实现固溶强化和进一步沉淀强化, 但对大多数金属材料仍无法减少缺陷。虽然这些处理能够在一定程度上优化LPBF制造部件的性能，但由于温度升高，打印态的分层微观结构消失了，特别是对于固溶强化和沉淀-强化材料以保持均匀和过饱和的基质，这也可能导致异常晶粒生长。异常的晶粒生长会导致晶粒粗大，当晶粒尺寸超过某个阈值时延展性会严重下降。同时，增材制造零件特有的分层异质微观结构，包括柱状晶粒、熔化边界、低角度晶界和高密度位错，有助于提高强度而不会明显损失延展性，它们的消失会降低相应的强化效果。原位热处理，也即在打印过程中实施，已经成为当前研究的热点。利用LPBF的逐点沉积特性，研究人员通过创新设计和操纵打印过程来实现对凝固条件的特定控制，从而实现对微观结构演变的控制，力图不需要进行额外的热处理。有研究人员设计了一种双通道激光处理，以同时修复打印后的低碳马氏体钢中的凝固裂纹，减少化学偏析并诱导有利相。也有研究人员通过适当调节沉积参数，促进沉积过程中的固有热处理，在选择性激光熔化的商用纯钛中实现了柱状到等轴的控制和原位晶粒细化。通过新的扫描策略，也可原位操纵微观结构和机械性能演化，例如打印出的具有受控梯度晶体结构和特定位置异质微结构的316 L不锈钢，展示了采用3D打印创建功能梯度材料和定制性能的潜力。受上述工作的启发，西工大的研究人员提出了一种原位重熔策略，用于调整NiCoCr中熵合金在LPBF打印过程中的熔池和微观结构，以进一步增强强度-延展性协同作用。NiCoCr已被证实在室温和低温下具有更好的机械性能组合，这归因于其固有的低堆垛层错、早期缠绕优点和化学短程有序效应。通常，通过控制激光功率和扫描速度等沉积参数来改变熔池并优化沉积质量，而由于能量不足或过多，在大范围的激光能量输入下很容易形成未融合或小孔。研究人员使用新颖的原位重熔策略来控制熔池的几何形状并保证不会形成匙孔。同时，原位重熔工艺不仅在不牺牲异质微观结构的情况下有效实现了微观结构致密化和晶粒细化，而且在LPBF重熔NiCoCr合金中形成了独特的晶体层状织构并增加了位错密度，从而在不牺牲延展性的情况下显著提高了强度。借助多学科表征技术，系统研究和揭示了由额外激光重熔过程引起的潜在微观结构演变以及相应的强化和韧性机制。 NiCoCr材料和打印策略 不同加工条件下的性能对比 LPBFed和LPBF重熔NiCoCr试样及其常规再结晶对应物的OM微观结构 拉伸变形后常规再结晶、LPBFed和LPBF重熔 NiCoCr MEA 的EBSD表征 总的来说，原位重熔处理不仅改变了熔池几何形状，有利于优化致密化和形成独特的晶体层状微观结构，而且还促进了制造过程中固有的热变形和热处理，从而增加了打印过程中的位错密度和晶粒细化。这项工作为金属3D打印提出了一种新的工艺策略，无需额外热处理即可定制微观结构来增强机械性能。注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（248112776）

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的研究人员开发了一种使用X射线和机器学习检测和预测3D打印材料缺陷的新方法，可以改变增材制造过程。该方法于2023年1月5日由阿贡和弗吉尼亚大学（UVA）领导的研究小组发表在《科学》杂志上。科学家们使用各种成像和机器学习技术以近乎完美的精度实时检测和预测3D打印金属中孔隙的形成。 LPBF工艺中的孔隙通常难以避免 研究中使用的金属样品是使用LPBF（激光粉末床熔融）工艺创建的，该工艺通常会导致孔隙的形成，从而影响零件性能。许多增材制造机器都有热成像传感器来监控构建过程，但它们可能无法判断孔隙的形成，因为它们只对正在构建的零件的表面进行成像。直接检测致密金属部件内部孔隙的唯一已知方法是使用X射线，如阿贡实验室内部的高级光子源（APS）。阿贡大学助理物理学家塞缪尔克拉克表示，“我们的X射线束功能非常强大，每秒可以成像超过一百万帧”，这些图像使研究人员能够实时看到孔隙的产生。通过关联X射线和热图像，科学家们发现，在样品内形成的孔隙会在表面产生不同的热特征，热相机可以检测到这些特征。 实验装置示意图 研究人员训练了一个机器学习模型，仅使用热成像来预测3D打印金属材料中孔隙形成。他们使用来自X射线图像的数据验证了模型，这些数据准确反映了孔隙的产生。然后，他们测试了该模型检测热信号和预测未标记样品中孔隙生成的能力。 “通过集成原位同步加速器 X 射线成像、近红外成像和机器学习，我们的方法可以捕获与锁孔生成相关的独特热特征，具有亚毫秒时间分辨率和100%预测率。” 孙涛，弗吉尼亚大学材料科学与工程副教授 “我们的方法可以很容易的在商业系统中实施，仅使用热像仪，机器应该能够检测打印过程中何时何地产生孔隙，并相应调整其参数。” Kamel Fezzaa，阿贡实验室物理学家 可靠、无孔隙金属3D打印 如果机器在制造过程的早期检测到主要缺陷，机器可以自动停止构建零件。即使构建过程没有停止，新方法也可以提供有关零件内孔隙缺陷位置的信息。Tao Sun表示，“如果一个日志文件告诉你这四个位置可能有缺陷，那么你只需要检查这四个位置，而不是查看整个零件。”根据Nikki Forrester的文章，最终目标是创建一个系统，该系统不仅可以检测缺陷，还可以在制造过程中修复缺陷。展望未来，研究人员将研究能够检测增材制造过程中发生其他类型缺陷的传感器。最后，希望开发一个全面的系统，不仅可以告之存在缺陷的位置，还可以告知缺陷到底是什么以及如何修复。 参考文献： https://www.science.org/doi/10.1126/science.add4667 注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（248112776）

金属晶格的高强度和低密度特性已在许多领域得到应用，例如汽车/航天轻量化支架、卫星蒙皮点阵、医学植入体、热交换器以及化学反应器等等。激光粉末床熔融工艺已经成为3D打印晶格或点阵结构的专有技术，然而采用3D打印制造的支柱通常接近工艺本身所能达到的极限，因此常会存在支柱缺失的情况；同时，金属3D打印本身尚无法有效克服的缺陷问题也会出现在点阵/晶格结构中。3D打印技术参考曾介绍过打印缺陷对点阵结构力学性能特别是疲劳损伤的影响。 点阵结构典型应用 3D打印制造的支柱通常接近工艺本身所能达到的极限 为确保质量，研究人员通常会进行打印后的检查，用于晶格非破坏性检查的手段有X射线断层扫描、声发射检测和超声波检测。然而，由于零件和材料的密度以及晶格几何形状的复杂性，这些检查方法既耗时又昂贵，并且在技术上具有挑战性。因此，开发独立的过程监控技术对于确保金属3D打印晶格零件满足质量要求并获得使用认证至关重要。 非破坏性新技术极大提高检测准确度 近日，3D打印技术参考注意到，美国伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的一个团队开发了一种方法，能够在3D打印阶段即可检测和预测增材制造金属晶格结构中的支柱缺陷。该过程结合了监控、成像技术和多物理场模拟，使用户能够在尽可能早的阶段确定零件是否满足质量要求。这是一种使用高速熔池热监测手段来检测金属晶格结构在3D打印过程中支柱缺失的方法。通过使用光电二极管、高温计（两者都测量从熔池发出的光）和热成像监测金属微晶格结构打印过程中熔池的热辐射来高精度的预测缺陷。 研究人员故意设计的带有支柱缺失的晶格结构通过测量发现，当晶格支柱在打印过程中出现断裂后，后续的打印过程中熔池的表面温度会变低，造成光电二极管的信号较低。额外的热成像和多物理模拟表明，低光电二极管信号伴随着热飞溅物的存在，热飞溅物将热量从检测中带走，熔池上的粉末也会连续“雪崩”。基于这些观察，开发了一种方法来识别有缺陷的单个支柱。LLNL科学家兼该项目的主要参与者表示，这是第一次在金属晶格中研究这种质量控制过程，并开发出一种方法来检测底部缺失的有缺陷支柱，该方法可以以高于94%的置信度进行预测。 热辐射检测的物理机制 值得注意的是，该研究得出了与以往研究不同的结论。研究人员通过实验观察到打印在高厚度粉末上（悬空打印）的单个支柱在激光熔化过程中表现出更低的热辐射，这一观察结果与之前的许多研究不同。此前多项研究表明，在单道扫描实验中，熔池的辐射温度随着粉末厚度的增加而增加。这些作者认为，松散粉末的热导率较低，导致较高的热辐射，从而造成更大的熔池和相应更慢的冷却速率。 完整支柱与缺失情况下的仿真分析 LLNL的研究人员观察到相反的效果：当熔池无支撑的出现在厚粉末中时，相比完整支柱上的良好熔池具有更低的热辐射。这是由熔池动力学的两个特征引起的：这两个特征比高速成像和建模结果显示的粉末导热性更重要。首先，由于缺乏对熔池的支撑，熔池蒸汽反冲压力导致熔池在厚粉层中进一步凹陷，造成低温粉末因夹带而向内扫掠，落在热熔池顶部，影响高温计测量到熔池表面最热的部分并阻碍了激光吸收，减少了熔池峰值温度；第二，缺乏底层支撑导致熔池中的流体流动混乱，因此更不稳定，进而导致更多的热飞溅喷射，这种热飞溅会耗散熔池中的能量，从而导致较低的总峰值温度。 来自完整支柱的飞溅颗粒比来自破损支柱的飞溅颗粒具有更低的热辐射，与全支柱相比，半支柱具有更多数量的飞溅颗粒、喷射速度更低研究人员表示，确实观察到与支柱连续体相比，由于周围粉末的热导率较低，断裂支柱的冷却速度较慢，但这种温度差异仅在激光器关闭后出现，因为热扩散比决定熔池几何形状和喷出物的流体动力学过程慢。另有研究人员在打印悬垂结构时发现了类似的现象，即由高能量密度引起的热耗散可能会导致更热、更大的熔池或增加飞溅喷射，积聚的热量随着热飞溅物的排出而不断消散，同时能量沉积在深层粉末上。这两项研究确定了与研究人员在微晶格支柱打印时观察到的相似的熔池冷却机制。 END 总的来说，这种识别指标背后的物理机制是通过高速热成像、光学成像和模拟的组合来确定的，在于测定熔体的热辐射——在出现断裂缺陷的位置，热辐射更低——这是由两种机制的组合引起的。首先，熔池稳定性降低导致能量耗散，在半支柱情况下比在全支柱情况下发生更多的热飞溅喷射。其次，半支柱熔池不受先前打印体的支撑，能量会更深入渗透到粉末床中，导致附近的冷粉末产生阴影效应，从而减少同轴熔池传感器观察到的热辐射。此处描述的缺陷检测方法说明了基于高温测量的缺陷检测方案在量化金属部3D打印零件中存在的缺陷数量方面的潜力。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;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.使用挤出间接3D打印技术制作金属和陶瓷晶格结构 2.2023年首篇Science：实时检测3D打印缺陷，预测率100% 3.3D打印的固有制造缺陷使其还无法完全替代热交换器的传统制造技术 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