2月22日，3D打印技术参考注意到，第一台商业体积3D打印机的开发商Xolo，宣布已成功完成最新的A轮融资，筹集了总计800万欧元（860万美元）的资金。这是该公司即2021年成功完成250万欧元（270万美元）种子轮融资之后，通过其xolography体积3D打印技术获得的新的里程碑。 体积3D打印带来了制造速度的革命性发展，可以在几秒内打印任何设计。这项融资由德国和奥地利的风险投资公司、美国B2B技术投资商以及为深度技术和气候技术成长阶段公司推出的德国基金DeepTech&ClimateFonds(DTCF)共同牵头。这笔资金将确保这家初创公司有能力扩大和服务更多尖端的学术和工业研发团体，并在不久的将来进入工业市场。 Xolo体积3D打印机 与使用分层打印的传统3D打印工艺不同，Xolography是一种体积打印方法，完全不需要层概念。此外，Xolo声称其新工艺的分辨率大约是没有反馈优化的计算轴向光刻的十倍，同时推出了新的打印材料。 以Xolography这一新技术为突破口，Xolo希望为3D打印开辟全新的应用领域，包括医疗技术中的器官复制和光学行业的高精度镜头制造，其他领域的应用还包括牙科和声学。Xolo推出了世界上第一台体积3D打印机，已经被研究人员使用，并且正在开发用于光学和生物材料行业的工业打印机。 Xolo体积3D打印的生物结构 Xolo体积3D打印的生物结构 Xolo体积3D打印的复杂结构 Xolo体积3D打印的透明牙套 Xolo体积3D打印的晶格结构 Xolo体积3D打印的细节特征 2020年，Nature发表了关于xolography体积3D打印技术的研究成果。这项被称为“X射线照相”的技术使用具有两种不同波长的光束先后与树脂中的光引发剂发生反应，从而在受限体积内引发局部聚合。在整个过程中，两台光束发生装置以相交位置固定放置。第一束光用来“激活”一个区域（切割光圈范围内光引发剂分子主链上的一个分子环），然后第二束光（包含切片图像）将被激活的树脂聚合、固化。随后，树脂相对于第二束光（切片图像）位置反向移动，树脂被激活区域相对已固化区域前置，连续投射的切片图像不断在新激活区域发生聚合反应，最终零件制造完成。 该过程的优势在于，相比于此前的体积3D打印装置来说，确保了曝光区域一直被限制一定区域之内（光束交叉位置）中，所有特定体素在固化光下只暴露一次。这将使零件的分辨率显著提高，通过从多个侧面激活打印区域和在容器周围旋转规定强度分布的光片，可以实现更深的打印量和更高的打印速度。 Xolo体积3D打印机结构 Xolo体积3D打印机 研究人员指出，在没有任何计算机辅助优化和反馈系统的条件下，目前的分辨率大约是以前已知的所有宏观体积3D打印工艺的10倍，而如果使用更佳的光学系统，该技术的制造精度可达到10μm以下。 在打印速度方面，“X射线照相”体积3D打印的速度比双光子聚合技术高出104-105倍，并与计算轴向光刻技术具有相同数量级。可以预见，使用瓦特级的激光源（目前为70mw）和热弛豫时间更快的光引发剂，速度将大幅提高。 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.今日Nature：体积3D打印再获突破，超高分辨物体仅需几秒 2.最新：体积3D打印再次登上《Science》封面 3.基于喷射的超大体积空间旋转增材制造解决方案 4.Fraunhofer：微结构级仿真可实现最佳3D打印工艺参数

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，天津大学马宗青教授团队利用Zr原子偏析和丰富的晶胞边界来缓解应力/应变集中并协调晶粒变形，在枝晶间引入稳定液体回填和网状金属间Ni11Zr9相，可以抑制激光增材制造镍基高温合金热裂纹，在增材制造制备高性能镍基合金这一领域取得新突破，为具有优异机械性能无裂纹合金的激光增材制造提供一种新的合金设计途径。原文链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118736 金属增材制造在复杂整体组件制造、轻量化工程和材料利用方面比传统减材制造技术具有更加明显的优势。目前只有有限数量的商用合金广泛应用于这项新技术。这项技术制备零部件时，大多合金无法适应快速冷却速率和空间变化的温度梯度，最终在热应力下表现出严重的开裂现象。事实上，即使是一些具有良好可焊接性的合金，在激光增材制造过程中也表现出明显的开裂。这种裂纹主要以热裂纹为代表，通常发生在熔池凝固的末期，被认为是由元素偏析引起的。因此，合金的凝固范围扩大以形成阻碍枝晶结合的液膜，液膜与冷却收缩产生的热应力导致热裂纹的扩展。通过激光增材制造镍基高温合金一般考虑因素之一是减少枝晶间偏析成分的含量，例如Zr，Hf，Si，Mn和B。这些元素被确定为高温合金裂纹敏感性的关键元素。到目前为止，只有有限类型的镍基高温合金通过降低这种偏析成分含量实现热裂缓解。但是降低这些合金元素的含量会牺牲其强度和蠕变寿命。因此在镍基高温合金中完全忽略这些元素并不是抑制裂纹的最佳选择。考虑到应力集中和脆弱区域的存在是产生裂纹的两个必要因素，假设能够有效缓解集中在脆弱区域的残余应力，则可以防止激光增材制造中的热裂纹。在激光增材制造过程中，超快冷却速率相关的凝固明显抑制了枝晶的生长并增加了溶质溶解度。激光增材制造微结构中的界面比传统铸造和焊接高2-3个数量级，有效地分散了由元素偏析引起的液膜。此外，传统合金成分中偏析较小，很难进一步减小液膜体积并控制激光增材制造合金凝固范围。相比之下，某些偏析液体可以参与回填以减轻热残余应变，从而减少制造过程中的热裂纹。这种系统的例子包括Al-Si和Al-Cu合金。因此为防止激光增材制造的合金发生热裂纹，潜在的方法可以利用丰富的胞状边界，调整偏析的组分在枝晶间均匀地引入液膜，并减轻应力集中。然而对各种合金热裂解过程中液体回填机理的详细研究仍然很少，对晶界偏析的重要性只有有限的了解。 这项工作创新地采用偏析工程在凝固末期引入连续均匀的枝晶间液膜，并消除激光增材制造过程中的热裂纹。这项策略本质上是利用镍基高温合金中Zr低分配系数的特点，在晶胞和晶界处形成连续稳定的液膜，实现液体回填以缓解应力集中。重点评估了该工艺消除热裂纹的能力，研究了打印样品的晶胞和晶界处网络金属间化合物的形成。随后系统地表征了热处理过程中金属间化合物的溶解、碳化物的细化以及M6C向MC的转变。最后测试最终样品的机械性能，并与先前报告的样品进行比较。 研究采用四种不同气雾化Haynes 230粉末为原料，其中成分为Zr-20.08Cr-12.19W-1.92Mo-1.46Fe-1.1Co-0.33Mn-0.36Al-0.38Si-0.1C-0.05B余量为Ni，其中Zr含量分别为0、0.5、1.0和1.5wt.%，氧含量均<150ppm，制备的粉末呈球形，粒径范围为15-53μm。使用Concept Laser M2 打印机对这些粉末进行激光增材制造。采用条带扫描策略，并在后续层中旋转67°。所有制造过程均在保护性氩气气氛下进行，氧气含量控制在100ppm以下。Zr含量为0和1%的样品用于详细的微观结构观察和机械性能分析。还制备了Zr含量为0.5%和1.5%的样品，以确定Zr含量对微观结构演变的影响。将打印后的样品在氩气气氛下1200°C热处理1小时，然后空冷至室温，研究其微观组织及性能。 Zr改性的Haynes 230样品高倍SEM中不存在微裂纹，表明Zr可以有效抑制激光增材制造中Haynes 230合金裂纹。此外，图1b表明原始样品中没有明显塑性变形的光滑胞状表面。EBSD图揭示晶粒沿打印方向的外延生长特征，其中裂纹沿原始样品中的柱状晶界面扩展（图1c）。虽然Zr改性Haynes 230的裂纹被完全抑制，但微观结构仍由柱状晶组成，表明Zr在镍基高温合金中的作用不同于之前报道的铝合金，其中Zr可以促进柱状晶向等轴晶转变，最终提高铝合金的抗热裂性。此外原始Haynes 230样品中，只有少数沉淀颗粒聚集在胞状边界，原始样品胞状边界处不存在明显的元素偏析行为（图1d）。相比Zr改性Haynes 230样品的胞状结构边界存在连续网络结构，元素分布证实明显的Zr富集，以及沿胞状边界的Ni、Cr、W和Co的消耗。TEM表明沉淀颗粒主要是直径为60-90nm的Ni2W4C(M6C)，微观组织结构分析表明热裂纹的消除可能与Zr溶质偏析密切相关。 图2a凝固路径预测了Zr改性Haynes 230合金的最终凝固过程中Cr2B和Ni5Zr的形成。然而在微观结构中未检测到Cr2B和Ni5Zr相，并且在凝固过程中未预测到Ni11Zr9的存在。这可能是由于Cr2B和Ni5Zr相的体积分数低，或者激光增材制造过程的超快冷却速率导致实际凝固微观结构与预测结果之间存在偏差。考虑到仅用凝固曲线难以准确反映Zr改性Haynes 230合金的凝固过程，采用DSC测量打印样中偏析相的溶解温度。图2b比较了原始样品和Zr改性的Haynes 230 样品的DSC 加热曲线，其中分别记录了 1403℃和 1384 ℃的液相线温度，这些值与使用 Thermal-calc 获得的计算结果比较相似。Zr 改性样品在1077℃处表现出明显的吸热峰，根据微观结构特征，归因于金属间化合物Ni11Zr9 的溶解。然而DSC测得Zr改性Haynes 230合金从液相线到形成Ni11Zr9的凝固温度范围为307℃，低于477℃的计算结果，归因于Scheil-Gulliver 模型没有考虑溶质反向扩散，高估了合金的凝固范围。总的来说Zr扩大了镍基高温合金的凝固温度范围，此外如图1e胞状边界存在连续的网状金属间化合物Ni11Zr9，表明在凝固末期胞状间区域仍然充满大量液体。凝固范围扩大，液态持续时间延长，因此凝固收缩应变可以通过液体回填有效缓解。 图1. (a) 激光增材制造的原始（0% Zr）和Zr改性Haynes 230（1% Zr）样品沿打印方向光学显微组织图；(b) 断裂表面胞状特征证实原始样品中的热裂纹，原始 Haynes 230 样品的显微结构特征；(c) EBSD图，显示裂纹沿柱状晶界扩展；(d) 改性样品胞状边界的纳米粒子；(e) 胞状结构边界连续网络沉淀；(f) EBSD图；(g) 凝固胞状组织的明场TEM；(h) (g)中的 Ni2W4C颗粒的SAED图，Zr改性的Haynes 230样品的微观结构特征；(i) 凝固胞状组织结构的明场TEM；(j) (i)中所示的金属间化合物 Ni11Zr9相的SAED图   图2 (a) 原始和Zr改性 Haynes 230合金的 Scheil-Gulliver 凝固曲线；(b) 从30℃加热到 1450℃期间，原始和Zr改性的 Haynes 230合金的DSC结果；(c) 具有不同Zr含量的打印样品的XRD；(d) 相应样品的(220)和(200)衍射峰的强度比与Zr含量的函数关系虽然Zr、Hf和B等溶质被认为不利于镍基高温合金的可打印性和抗热裂性，但这些元素主要以偏析原子或孤立沉淀的形式存在于激光增材制造镍基高温合金中，因为它们含量低，微观结构中这种有限的偏析意味着在凝固的末期参与回填的液体量较少。为了解液体含量与抗热裂性之间的关系，进一步研究Zr含量对打印的 Haynes 230合金（添加 0、0.5、1和1.5%Zr）的热裂纹的影响。结果表明裂纹密度随着胞状和晶界处Ni11Zr9含量的增加而降低（图3），因此晶胞和晶界处液体的体积分数随着Zr含量的增加而增加。随着Zr含量增加到0.5%，虽然与原始（0%Zr）样品相比析出相的比例增加（图 3e），但析出相仍主要分布在晶界处（图 3f）。晶界处的孤立析出相对应于凝固过程中的局部液膜，如图3f中的箭头所示。它形成了一个剪切强度低的区域，在热应力下具有更高的开裂倾向。当Zr含量达到1%（图3c和g）时，裂纹被完全抑制，并且在晶胞和晶界处形成连续的网络状析出。应变可以通过晶粒传递并集中在晶间液膜中，当细胞间液充足时，细胞边界可以分担应变。尽管Zr溶质的加入增加了晶间液体的体积分数，相当于增加了微观结构中的脆弱区域数量，但当这些区域的应力得到释放时，也可以抑制热裂。因此假设残余应力可以在胞状间液体/相之间共享，从而减轻晶界处的残余应力集中。 图 3. 激光增材制造的Haynes 230样品的代表性微观组织，其中包含(a, e) 0%、(b,…

在3D打印进入工业应用后，通常提供交钥匙的解决方案，用户通常不需要自主再进行开发，直接根据使用必要步骤操作即可完成零件制造。但对于厂商研发或者学术研究，工艺参数的确定仍然是重要的环节，通常也有很多采用仿真确定工艺参数的方法，但多是通过宏观性能的对比。3D打印技术参考注意到，Fraunhofer的研究人员于2023年公布首次在微观结构层面模拟该金属3D打印的过程，确定工件特性与所选工艺参数之间的直接相关性。 激光粉末床熔融，通过激光与金属粉末的相互作用，实现颗粒熔化与凝固，实现厚度约50μm的粉末床成形。在激光束不与粉末接触的区域，不会发生熔化。这个过程不断重复，逐渐完成零件制造。   激光熔池中柱状微结构形成的模拟 该工艺理论上可以实现100%的致密度，材料的层与层之间实现良好的冶金结合，没有孔隙。这是通过调整工艺参数来实现的，如激光扫描速度和功率。金属晶粒的微观结构对于工件的机械性能尤为重要。它们具有特定的方向、尺寸和形状，并且对机械性能有相当大的影响，如材料的弹性模量或屈服应力——即材料发生塑性变形的载荷。 如何控制过程，使最终的微观结构满足组件的使用条件，一直是工程界探索的难题，而寻找最佳工艺参数一直是一项非常耗时的实验性工作。 用于LPBF工艺的从粉末到机械性能的仿真链 弗劳恩霍夫材料力学研究所IWM的研究人员现在正在采取不同的方法。由于新材料和新要求导致激光粉末床熔融工艺变得越来越复杂，该研究所的团队决定模拟整个工艺链，这不仅能够最大限度的减少试错周期，而且能够快速有效的评估整个过程中的变化，并消除制造过程中的不良影响。 较为关键的是，研究人员结合了不同的模拟方法——离散元模拟。首先模拟单个粉末颗粒如何借助工具在构建室中铺放，接下来使用平滑粒子流体动力学方法模拟粉末粒子熔化的方式——计算激光相互作用和热传导，以及导致熔体流动的表面张力。该计算还考虑了重力和材料蒸发时产生的反冲压力。 LPBF过程的光线追踪模拟 模拟还必须描述材料的微观结构，以便预测材料的机械性能。为了分析这种微观结构，研究人员采用了另一种模拟模型，称为元胞自动机（它是一种时间、空间、状态都离散，空间相互作用和时间因果关系为局部的网格动力学模型，具有模拟复杂系统时空演化过程的能力），基于此能够描述金属晶粒如何作为温度梯度的函数生长。因为激光与粉末相互作用的温度最高可达3000℃，但只有几毫米远的位置材料温度较低。此外，激光以高达每秒几米的速度在粉末床上移动，材料升温非常快，但随后也会在几毫秒内再次冷却下来。所有这些都会影响微观结构的形成方式。 LPBF工艺模拟无熔合缺陷和残余孔隙率 用颜色编码的温度场模拟LPBF过程 实验，只能对最终结果进行研究；而模拟，则可以实时观察发生的情况。换句话说，研究人员创建了一种过程-结构-性能的关系网络：例如，如果增加激光功率，微观结构就会发生变化，进而会显著影响材料的性能。领导该研究的Claas Bierwisch 博士表示，“这与实际情况完全不同，你可以用一种近乎调查的方式来检测相互关系。” 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.国际空间站开展3D打印晶格结构微重力实验 3.多材料金属结构一体成型：NASA正在测试不使用热源的新3D打印工艺 4.迈向国际，中国工业级3D打印品牌深入欧美增材强国腹地

近日，西安交通大学卢秉恒院士、方学伟副教授团队基于定向能量沉积增材制造技术，发明了一种新的金属连续纤维增强复合材料的增材制造技术，首次实现了钛纤维增强铝（TFRA）构件的制造，综合力学性能得到大幅度提升。基于CMT增材技术，通过控制热量输入，可以保持钛纤维丝材不被熔化，实现了连续钛纤维丝材增强铝基复合材料的原位制造。相关研究成果于近期发表，作者团队来自西安交通大学、火箭军工程大学智剑实验室、苏州科技大学和温州大学。 https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103445研究发现该技术制备的钛纤维丝材和铝合金基体之间的界面厚度约为3-10μm，无明显裂纹倾向。与无纤维增强的铝合金构件相比，加入体积分数为10.5%的钛纤维后，钛纤维增强铝构件的屈服强度和抗拉强度分别提高了124%和33%。同时，钛纤维增强铝部件冲击性能得到提高，主要是由于铝基体冲击过程中的裂纹扩展被钛纤维丝材所阻断，因此其冲击功从原来的7.9J增加到18.0J，增加了128%。这项技术为制造连续纤维的高强度金属基复合材料提供了新的技术途经，同时为直接能量沉积增材制造技术的工程化应提供了新的发展方向。 1. 背景介绍 由于铝合金具有重量轻、易于成型和加工的优点，因此被广泛用于航空、船舶和机械制造等领域。提高铝合金材料综合力学性能是材料开发的主题之一，很多学者开展了相关研究，例如在铝合金材料中加入合金微量元素Zr和Er，能显著增加抗拉强度。然而，稀土元素Sc的高成本每0.1%的Sc含量大约增加3美元/公斤的成本，此外还需要热处理进行性能调控，该方法尚未广泛应用。通过在铝基合金中加入纤维或颗粒形成金属基复合材料，也是改善材料力学性能的重要方法。连续纤维增强铝基体可以显著提高材料沿纤维方向的强度，然而其主要制造方式是通过挤压铸造技术，仅能制备简单形状的零件。此外，通过引入强化剂如SiC、TiC、陶瓷颗粒、CNT和碳化物颗粒也是一种有效的方法。然而，研究结果表明，铝合金的硬度和强度可以明显提高，但会导致其塑性和韧性的降低。因此，有必要找到新的方法来同时提高强度和韧性。 增材制造技术具有高度的灵活性，可以为改善材料性能提供新的技术途经。其中，基于冷金属过渡（CMT）技术由于其高沉积率、低热量输入和有限的飞溅而吸引了广大研究学者的兴趣。然而，该技术在制造铝合金构件方面存在强度不足、气孔缺陷等问题。目前通过使用工艺优化和辅助工艺（层间变形）等方法，制备的材料机械强度基本可以满足板材的标准要求，但很难获得更优越的性能。本工作中，通过基于CMT电弧熔丝制造了钛纤维增强铝合金（TFRA）部件，该部件与未增强的沉积体相比，拉伸和冲击性能得到了大幅度提升。团队结合金相显微镜和扫描电子显微镜对铝基体和钛纤维增强体的微观结构以及结合界面进行了观测，深入研究了TFRA部件的强化和增韧机制。 2. 实验内容 如图1所示。西安交通大学方学伟团队在传统的CMT焊枪的末端位置安装了一个送丝辅助装置，该装置跟随焊枪同步移动，能够对Ti64焊丝起到导向定位作用，其中钛纤维丝材跟随机械臂运动，并无增加额外送丝装置。成形工艺采用福尼斯铝合金CMT模式，送丝速度为4.5 m/min，运动速度为1.8m/min。需要注意的是，过高的电弧热输入量会导致钛合金丝材发生熔化，因此需要严格控制电弧的电流和电压（75-80A和10-13V）。由于铝合金熔池的温度相对较低，而且先前凝固的铝合金层的导热系数高，熔池凝固快，因此TFRA构件中的钛合金丝材可以避免熔化。将TFRA和参考部件制备了金相、拉伸和冲击测试样品，取样图如图2所示。 图1 (a)纤维增强增材制造工艺原理图；(b)纤维增强增材制造装置实物图；(c)摆动打印路径示意图；(d)TFRA构件中Al5183和Ti64纤维的X射线测试结果图2 TFRA取样的示意图。(a) TFRA沉积体；(b) 冲击试样；(c) 金相试样；(d) 拉伸试样；(e) 密度测试试样 3. 组织表征 如图3（a）和（b）所示，由于电弧热源的不同分布，不同区域的Ti64丝材的微观组织发生了变化。SEM和EDS（见图4）结果显示在钛丝的上部、右侧和下部，界面宽度约为2-5μm，在这三个区域的中间位置都可以看到过渡变化趋势，表明在狭窄的界面层之间存在着原子迁移和扩散。 图3 (a)宏观形貌；(b)纤维增强钛合金丝材和铝合金基材的包围形貌；(c)电弧作用示意图 图4 丝材上、中、下位置的界面的SEM和EDS图。(a)、(d)和(g)分别是金属丝材料和铝合金基材的上、右、下侧界面，无裂纹或未熔合等缺陷。图5(b)、(e)和(h)分别是上、中、下区域的部分放大图；图5(c)、(f)和(i)是各区域元素组成的线扫描图铝合金沉积体的织构在加丝和未加丝前后无明显变化。由于钛合金丝材导热系数低，铝合金平均晶粒尺寸在区域I和区域II分别为21±6μm和23±6μm，这高于铝合金基体的平均晶粒尺寸（14±4μm）。Ti64丝材受电弧热输入影响后由<10-10>丝织构变为了<0001>取向。造成这种状况的主要原因是在CMT制造过程中，由于电弧热输入，钛合金丝材在相变温度以上（约1000℃）经历了较短的热处理过程，发生了相变，组织由等轴组织转变为了片层组织。 图5 EBSD分析结果. a）原始Ti64丝材；（b）Al5183铝合金沉积体；（c）TFRA沉积体的上部（区域I+部分区域II）；（d）TFRA沉积体的下部（区域II）；（e）TFRA沉积体的上部区域I的部分界面区域；（f）TFRA的下部区域II的部分界面区域 图6 铝合金在上部和下部的极图 . (a) 铝合金的上部，(b) 铝合金的下部。图7 Ti64合金的极图。(a) 原始丝材；(b) 钛合金线中的区域I；(c) 钛合金线中的区域II 4. 力学性能 4.1 拉伸性能 与未增强的铝构件相比，通过添加10.5%体积分数的钛纤维丝材，TFRA构件的屈服强度、拉伸强度和比强度分别提高了124%、33%和25%。同时，伸长率保持在20%的数值，这与铝合金构件板的伸长率相当，表明该方法制备的复合材料具有良好的塑性。通过复合材料混合法则和有限元分析的验证，材料性能的提高主要是由于钛纤维丝材的引入。 图8 （a）Ti64、Al5183沉积体和TFRA的拉伸（应力-应变）曲线；（b）5系列铝合金电弧增材制造拉伸性能在拉伸试验过程中，试样呈现了双屈服过程。在OA阶段，当应变值小于或等于0.15%（图9），钛合金和铝合金都处于双弹性阶段，呈现出线性增长。而在AB阶段，随着应变值的增加，铝合金逐渐开始屈服。这时，钛合金仍处于弹性阶段。当超过B点时，钛纤维丝材和铝合金均发生屈服，随着应变的增加，其转变规律与铝合金的沉积状态相同。 图9 TFRA拉伸测试中工程应力-应变曲线 4.2 冲击性能 示波冲击测试结果显示，Al5183沉积体的载荷-距离关系在冲击载荷达到峰值之前是近似线性的，而TFRA构件在冲击载荷达到峰值之前出现了载荷变化。在冲击试验载荷-距离曲线中，存在三个偏移点，即w1、w2和w3。与非增强型构件相比，TFRA构件的冲击能量得到了极大的提高（128%）。这是因为铝基体的裂纹扩展被钛纤维所阻挡，在冲击过程中吸收了大量的冲击能量。 图10 (a) Al5183 沉积体和 TFRA 的示波冲击结果图；(b) TFRA 在冲击过程中丝材作用的示意图 5. 断口形貌 在丝材表面部分区域发现了约为5-10μm的脆性过渡层。靠近Ti64丝材内部位置，断裂模式迅速从脆性断裂变为韧性断裂。纤维在受到较大的拉伸应力后发生断裂，断裂处出现了明显的缩颈过程，并呈现出大量韧窝，表明钛纤维丝材在拉伸试验中保持了较好的塑性。 图11 (a) TFRA拉伸样品的断裂形貌；(b) 铝合金基体的断裂形貌；(c) 钛合金丝的边缘过渡区；(d) 钛合金丝纤维区-放射区的形貌；(e) 钛合金丝的纤维区形貌；(f) 钛合金丝放射区的形貌 图12为典型示波冲击测试试样的断口形貌，w1和w2丝在靠近缺口的位置断裂，而w3位于离冲击缺口较远的位置，w3丝材只是弯曲而未发生断裂。冲击实验后的样品没有完全分离，这与图10中显示的结果一致。由于钛纤维丝材的存在，TFRA表现出良好的韧性。纤维在受到较大的拉伸应力后发生断裂，断裂处出现了明显的缩颈过程，说明钛纤维丝材表现出良好的塑性。丝材断裂截面上的元素主要是钛。在钛丝的侧表面，有大量的Al均匀地附着在上面，表明在界面上有相当多的Al扩散。然而，从铝基体的组成来看，断口上几乎没有Ti的存在，说明过渡层与钛丝有更好的结合。 图12 TFRA样品的冲击试验结果形貌。(a)冲击样品的断口形貌；(b)断线的断口形貌；(c)相应的成分扫描分布；(d)Ti元素分布；(e)Al元素分布；(f)V元素分布；(g)Mg元素分布 总结 在这项工作中，基于CMT电弧增材制造技术，首次创新的提出了一种连续纤维增强金属基复合材料的方法，并制备出了钛纤维增强铝合金（TFRA）构件，其强度和冲击韧性得到了大幅提高。研究发现通过控制电弧热输入量和采用摆动方式能够减少熔池温度从而避免钛合金丝材的熔化，钛合金线和铝合金基体之间的界面厚度约为3-10微米，化学成分呈梯度过渡，没有明显的开裂倾向。与非增强铝合金构件相比，通过添加10.5%体积分数的钛纤维，钛纤维增强铝部件的屈服强度、拉伸强度和比强度分别提高了124%、33%和25%。同时，伸长率保持在20%，与铝合金构件板的伸长率相一致。此外，冲击功得到了极大的提高（128%）。这是因为铝基体的裂纹扩展能被钛丝材有效阻挡，因此在冲击过程中吸收了大量的冲击能量。该技术目前为首次通过增材制造的方式实现了连续金属纤维增强双金属复合材料，能够为未来复合材料的制造提供新的技术思路。 本研究工作得到国家自然科学基金[52205414, 52275374]的资金支持。研究工作同时也得到了中国科协青年人才托举工程项目的资助…

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大块金属植入物材料中的应力屏蔽是由高刚性植入物和低刚性骨之间的刚度不匹配造成的。由于应力屏蔽导致的骨吸收问题，植入物松动可能直接或间接发生，需要进行翻修手术。因此，许多研究人员做出了大量努力来提高材料的强度和韧性，主要目标是制造一种可以在人体内长时间运行，无需翻修手术的植入物。由于上述问题，已经开发了多孔医用钛合金，这显著降低了大块钛合金的弹性模量。近年来，选区激光熔化（SLM）技术为特定患者创建具有多孔结构的复合支架。由SLM制备的钛基多孔支架因其重量轻、强度高、弹性模量低、耐腐蚀性好、生物相容性好等优点，成为骨植入物中最有前途的应用材料。钛合金通常应用于人体髋关节，当人们在行走时，髋关节和膝关节将会承受循环载荷。因此，有必要提高应用于人体内钛合金植入物的机械性能，特别是疲劳性能。疲劳机制导致钛合金髋关节假体近90%的表面断裂。除了振荡的机械负荷外，植入物材料还暴露于生理液体中，生理液体由盐水溶液组成，因此金属植入物会因腐蚀疲劳而失效。虽然已经对降低固体钛合金疲劳寿命的腐蚀进行了广泛的研究，但迄今为止很少有关于多孔结构钛合金植入物的研究报道。铜是金属中普遍存在的合金元素，也是人类健康所必需的微量元素。在钛合金中添加一定量的铜元素，可以赋予钛合金抗菌性。目前，关于SLM制备的多孔Ti6Al4V-6Cu支架的疲劳行为的信息还非常有限，无法确定其临床适用性。近日，沈阳理工大学材料科学与工程学院联合中国医科大学口腔医学院、中国科学院福建物质结构研究所和中国科学院金属研究所等研究人员，研究了激光选区熔化（SLM）制备多孔含铜（Cu）的钛合金（Ti6Al4V）在空气和0.9wt%NaCl溶液中的腐蚀疲劳行为，基于疲劳循环变化确定了疲劳裂纹起始点在循环应变曲线上的位置。表明裂纹在高应力和0.9wt%NaCl溶液状态下加速扩展，主要为晶间断裂。Ti2Cu相在晶界附近沉淀析出使得多孔Ti6Al4V-6Cu样品具有更高的疲劳强度和更长的疲劳使用寿命。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.01.119 因此这项研究从裂纹萌生和扩展的角度研究了SLM制备多孔Ti6Al4V-6Cu合金的疲劳性能以及在0.9wt%NaCl溶液中的腐蚀疲劳行为。同时将其与多孔Ti6Al4V合金进行了比较。利用商用的Ti6Al4V粉末和纯铜粉末为原料，在德国CONCEPT Laser GmbH增材制造机器上成形样品，样品为直径20-40 mm的Ti6Al4V-6Cu。在SLM打印之前，通过球磨将粉末彻底混合2小时。然后将所得混合物在80℃的烘箱中干燥保持12小时。使用相同的方法在不添加Cu粉末的情况下制备多孔Ti6Al4V样品。 （A）SLM制备的多孔样品的宏观照片；（B） 和（C）多孔材料的支柱形态；（D） Ti6Al4V支柱的化学成分；（E）Ti6Al4V-6Cu支柱的化学成分；（F） SLM制备Ti6Al4V-6Cu和Ti6Al4V样品的XRD 使用SLM制备样品的微观结构：（A）Ti6Al4V-6Cu；（B）Ti6Al4V Ti6Al4V-6Cu和Ti6Al4V多孔结构样品的静态压缩应力-应变曲线 Ti6Al4V-6Cu和Ti6Al4V多孔结构样品机械性能 Ti6Al4V-6Cu试样在空气和0.9wt%NaCl中的疲劳应变疲劳断裂面的SEM：（A） 疲劳试验后多孔结构试样俯视图，显示了支柱节点处的二次开裂（黄色箭头）；（B）由缺陷引起的二次开裂，以及（C）无缺陷的二次裂纹；（D） 内部孔隙放大图 显微CT图像Ti6Al4V-6Cu（A）在空气中和（B）在0.9wt%NaCl中的疲劳裂纹轨迹 Ti6Al4V在疲劳循环条件下的疲劳应变：（A）空气环境；（B）0.9wt%NaCl环境中 研究结果表明加入Cu后，Ti6Al4V-6Cu的静态压缩性能优于纯的Ti6Al4V合金样品，特别是抗压强度，约为Ti6Al4V合金的1.43倍。疲劳裂纹萌生点在应变曲线上的位置由疲劳循环决定，在高应力状态下裂纹萌生更快。在含有0.9wt%NaCl的环境中，Ti6Al4V-6Cu主要失效机制为晶间断裂和部分穿晶断裂模式，这种断裂模式归因于腐蚀疲劳。并且含有0.9 wt%NaCl的环境加速了裂纹扩展。由于锯齿形疲劳裂纹扩展的影响和Ti2Cu相沉淀在晶界附近，多孔Ti6Al4V-6Cu样品比Ti6Al4V合金样品具有更长的疲劳使用寿命。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这项研究的主旨在于：提出一种综合方法，结合粉末铺展模拟和激光打印实验，降低高反射材料SLM过程中的能量消耗；研究工艺参数对Al-Si-Cu-Mg合金可打印性的影响；强调SLM过程中铺粉的重要性，将打印的样品特性与粉末床的预期特性相关联。 意大利那不勒斯费德里科二世大学科研人员通过增加粉末床的填充因子来提高打印过程中的能量利用效率，提高了能量吸收效率。通过建立离散元方法模型，用于研究粉末的铺展，并确定层厚和铺展速度，以最大化填充因子；通过改变激光参数来研究打印过程，探索在低能量密度下Al-Cu的可打印性。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2022.06.017 选区激光熔化（SLM）是一种广泛用于金属材料成形的一种具有竞争优势的技术。特别是铝合金，由于其低密度、高强度、良好的可加工性和机械性能，使得铝合金被广泛应用于航空航天等重点工业领域，因此受到了科研人员和工程人员的极大关注。其中，在SLM领域研究最多的是AlSi10Mg合金，这种合金可以通过添加2%到6%之间的Cu来进一步增强机械性能。然而与铝合金相比，铜具有更高的反射率，因此使用SLM技术制备AlSi10Mg-Cu存在一定的困难。虽然目前已有这一方面的研究，但大多工作仍然主要集中在激光-粉床相互作用的研究、熔化动力学和与激光相关的工艺参数(扫描速度、功率等)的研究，对粉床铺粉系统没有研究，更是缺乏对粉末铺展和激光工艺的综合探究。研究人员通过建立离散元方法模型，用于研究粉末的铺展，并确定层厚和铺展速度，以最大化填充因子，提高能量吸收效率。使用这些参数，并且通过三种不同能量密度来制备样品，这三种能量密度低于通常打印所需的能量密度。对于每种能量密度采用四种不同激光功率来更好的研究激光束与粉末的相互作用，最后测量了样品致密化、粗糙度、微观结构和显微硬度，以评估优化工艺的有效性。AISi10Mg-Cu混合粉末SEM图像，浅色颜色的为Cu粉末 50 μm层厚下不同铺粉速度模拟结果：(a) 75 mm/s；(b) 50 mm/s；(c) 25 mm/s 30μm层厚下不同铺粉速度模拟结果：(a) 75mm/s；(b) 50mm/s；(c) 25mm/s SLM制备样品工艺参数 不同工艺参数组合下SLM制备样品 不同激光功率下样品相对密度和孔隙率 SLM制备样品横截面图像 SLM制备样品不同部位孔隙率变化 不同工艺参数下样品维氏硬度主要研究结果为：Al-Si-Cu-Mg原料合金通过流化床将AlSi10Mg和Cu粉末均匀有效的混合。建立的离散元方法模型用于研究粉末铺展过程特性，并对铺展速度和层厚的最佳值进行探究。通过改变激光参数来研究打印过程，以探索在低能量密度下Al-Si-Cu-Mg的可打印性。尽管在最低激光功率下存在不同缺陷，但打印样品显示出良好的致密度。样品从底部到顶部的孔隙率略微降低，表明当层数增加时，实际层厚度增加，对样品的可打印性具有积极的影响，这是打印零件机械性能变化的一个可能原因，因为底层粉床条件变化，而激光参数不变。最后，AlSi10Mg和Cu粉末完全熔化并混合，相关参数定义了获得完全致密零件的最低要求。 总的来说，这项研究提出一种粉末铺展模拟和激光打印样品的综合方法，以降低高反射材料SLM中的能量消耗。研究了工艺参数对Al-Si-Cu-Mg合金可打印性的影响。强调了SLM工艺中粉末铺展的重要性，将打印样品的特性与粉末层的铺粉状态相关联。然而，这项研究只模拟了粉末数量相对较少一部分铺粉过程。此外铺粉过程仅限于具有平坦基底的第一层，需要进一步研究来改进数值模型，并提供对粉床特性更加真实的预测。 注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（248112776）

根据SmarTech Analysis新的“3D打印珠宝市场2023：市场研究和预测”报告，3D打印珠宝市场预计到2031年将达到9.89亿美元，而当前的市场规模已达到4.89亿美元，从2021-2031年的复合年增长率为10%。 3D打印技术参考注意到，3D Systems于2月14日宣布推出新一代蜡模3D打印机——ProJet MJP 2500W Plus。这一全新解决方案经特别设计，旨在用于失蜡铸造工艺，以极快的速度和精度生产复杂的、高质量的纯蜡3D打印珠宝模型。该公司表示： 新一代产品平台，将巩固公司在250亿美元的全球珠宝制造市场中的增材制造领导地位。 3D打印铸造模型的垂直分辨率提高多达2倍，减少了抛光需求和对贵金属的浪费，并扩大了设计广度。 100%蜡质铸造模型的吞吐量提高多达25%，加快了部件到手时间并提高了灵活性。 ProJet MJP 2500W Plus经特别设计，旨在满足珠宝行业的独特要求，并且能够在数小时内生产高分辨率100%蜡质铸造模型。此外，在全新的高分辨率打印模式下，用户可获得极光滑的纯蜡铸造模型，这种模型表面抛光少，可减少对贵金属的浪费。这有助于以具有成本效益的方式快速创建、迭代和生产所有珠宝款式，包括最复杂的几何形状。 在数小时内生产出高分辨率100%蜡质铸造模型，实现定制的大批量珠宝制造 珠宝数字制造带来极大的灵活性 要求手工抛光可能给相关专业人员和材料等资源带来巨大的压力，进而可能对盈利能力造成负面影响。为了克服这一挑战，ProJet MJP 2500W Plus3D打印机推出一种新的ZHD打印模式，该模式可在不增加蜡质材料消耗的情况下将垂直分辨率提高多达2倍。所实现的高质量表面光洁度可减少手工抛光最终部件的需求，从而最大限度地减少金损失，并可有效提高盈利能力。此外，由于抛光需求减少，客户可以生产出无需抛光且更复杂的设计作品。 满足需求和高质量标准需要快速的设计迭代和定制，以及交付大批量生产的能力。与当前可用的解决方案相比，ProJet MJP 2500W Plus旨在帮助客户将吞吐量提高多达25%。通过提高打印机的生产率，客户可以缩短手中零件的交付时间，并在规划制造时实现更大的灵活性。作为3D Systems珠宝铸造的MJP打印解决方案的一部分，包括ProJet MJP 2500W Plus、VisiJet Wax材料和3D Sprint软件，客户能够快速持续地生成微细节、精确度为100%的珠宝蜡模，用于高产能珠宝生产的失蜡铸造。 如需了解更多这款设备的信息，可扫码进入3D Systems官网介绍页面了解技术规格等讯息。 ProJet MJP 2500W Plus3D打印机使用VisiJet 100%蜡质材料，打印忠实于CAD原图的、具有精致细节特征的珠宝蜡模，让模型呈现出精密的锋利边缘和极清晰的细节。VisiJet蜡如标准铸造蜡一样熔化，含灰量为零，可构建无缺陷铸件。该材料具有出色的耐用性，有助于处理和铸造精细特征，高对比度颜色有助于轻松呈现清晰的精致细节。此外，用户还可以使用3D Systems的高级3D Sprint软件功能来简化文件到模型的工作流程。 3D Systems副总裁兼细分市场负责人Scott Anderson提到：“制作珠宝需要能够将复杂的创意设计变为现实。全球珠宝增材制造市场估计超过20亿美元，并且由于这项技术提高了生产力、质量、灵活性和设计自由度，因此正在迅速增长。今天，我们很高兴地宣布ProJet MJP 2500W Plus，它具有非常出色的高分辨率和生产力。这项创新使我们的客户能够提供卓越的设计风格，同时减少原型生产时间和运营成本，满足大规模定制环境的需求。再加上我们的100%蜡模解决方案的可靠性和可重复的直接铸造，用户将能够实现具有成本效益、高质量的铸造蜡模，而且周转时间短，吞吐量高。” 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.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 2.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 3.多材料金属结构一体成型：NASA正在测试不使用热源的新3D打印工艺 4.无需预热-通过激光选区熔化制备出高致密度难熔钼金属

在很长时间内，3D打印领域的从业者所采用的打印准备软件（包含数据处理等）基本都来自国外，它们确实给用户提供了便利，让工程师们能够从软件端就能深刻体会到工艺的属性。然而，对于3D打印技术尤其是金属3D打印工艺而言，如果没有一款国产数据/准备处理软件，整条供应链则不健全。在这种情况下，漫格科技可谓填补了该领域的空白。据3D打印技术参考了解，由漫格科技推出的VoxelDance工业级3D打印准备软件截止到今年1月底 ，工业用户量已超2万，收益增长超过50%。VoxelDance软件用户量增长迅速离不开国内OEM合作伙伴和渠道的开拓，漫格科技表示，其几乎已经和国内所有的增材制造OEM厂商达成合作，如铂力特、易加三维、汉邦科技、鑫精合、雷佳等。 VoxelDance工业级3D打印准备软件具有广泛的工艺适用性 同时，该公司并不满足于此，其正在发展更多的国外OEM合作厂商并布局全球代理渠道，以实现将这款国产软件更快的推向全世界。2022年，漫格科技与多家国外增材头部用户达成战略合作，如齿科解决方案供应商新加坡Structo，电子打印开拓者以色列Nano Dimension，双方在软件解决方案和算法层面都有深度绑定。该公司已建立欧洲、日本、韩国和俄罗斯代理渠道，并在日本代理的帮助下，与Toyota总部达成合作。 漫格科技工业级3D打印数据处理软件正在走向全球 获得数千万PRE-A轮融资 2022年2月，漫格科技获得来自兴富自办的数千万Pre-A轮融资。面对增材制造工业级CAD/CAM软件几乎被国外垄断的现状，漫格推出了一系列具有自主知识产权的国产3D打印工业软件，填补了增材制造产业链中的重要空白，打破了3D打印工业软件被卡脖子的局面，真正实现了国产自主可控替代进口。 漫格科技创始人张朝鑫表示："漫格专注于底层技术研发和增材制造应用创新，通过打造从设计到制造数据流程一体化专业应用工具，最终促进数字工厂的到来。兴富资本以“做隐形冠军的资本合伙人”为使命，与漫格的发展需求和企业特质非常契合。本轮融资后，漫格将进一步加大研发投入力度，扩张海外市场，建立和发展工业软件产业界一流的具有自主创新能力的企业和团队，努力扭转我国工业软件对外依赖的局面。" 升级不断，直面工业级行业挑战 当前，漫格科技工业级3D打印准备软件VoxelDance Additive升级至4.0版本。全新的VoxelDance Additive 4.0搭载有30+项软件更新和性能优化，为打印准备工作者提供更多的操作便利，助力企业直面工业级金属3D打印的挑战，是面向金属打印的里程碑。 VoxelDance Additive 4.0中针对金属打印新增功能包括： 树支撑：相比柱状支撑，树支撑更加节约材料。尤其在支撑面高度比较大的情况下，节省材料更多。Voxeldance Additive 4.0支持树支撑的手动编辑，操作更加灵活。 网状支撑：作为一种放射形网状结构的支撑，相较块支撑等常规支撑结构，能够更好的约束环形支撑面的收缩特性，从而更好的防止零件变形。 边界增强（块支撑）：4.0全新的块支撑边界增强可以防止边缘和基板接触部位的开裂，提供了更强的支撑约束力，保证在去应力退火之前，零件被稳定的控制在底板上，从而提升打印成功率。 BP特征区域：特征区域是一个影响零件局部打印参数的空间边界条件。4.0全新的BP特征区域功能允许用户设置特征区域，并在特征区域与零件相交的位置配置不同的激光扫描策略，从而在细节部分得到更好的打印质量。 广州汉邦作为漫格科技在金属打印领域合作最深入的合作伙伴，对4.0发布给予了高度评价。该公司材料工艺部经理牛留辉表示，“VoxeLDance软件可以实现金属3D打印在医疗齿科、模具领域、手办制造、汽车、航空航天等领域的自动摆放、支撑添加等数据准备过程，尤其是智能支撑的使用，可以大大减少3D打印零件的粉末损耗和后处理时间。” 提供接口，为高端用户赋能 得益于漫格科技自主研发的vdk4.0几何引擎和建立在引擎之上的修复、支撑和路径规划算法，漫格科技的软件已经受到众多3d打印OEM厂商和用户的认可。漫格科技将这些强大的算法封装起来，并提供API接口，允许企业调用，将使用户的软件更高效，更出众！ 2023年随着疫情的放开拉开序幕，告别新冠，漫格科技对未来充满期待。笔耕不辍，代码不止，公司将继续优化、升级软件，将产品做好并实现行业应用落地。 新品发布，布局消费级应用 2022年1月，漫格科技发布消费级切片软件VoxelDance Tango, 与全球头部桌面级打印机和树脂厂商建立合作关系，包括：纵维立方、智能派、创想三维、永昌和等，共同推动LCD/DLP 3D打印在手办、珠宝和齿科行业的应用。 Tango软件推出后，获得了大量国内外消费者好评。某手办爱好者表示，“我最喜欢的是Tango非常多的预设支撑脚本，对于新手不知道该如何有效加支撑这个问题，真是福音，具体的参数放在眼前总比自己感觉准的多。Tango的支撑生成准确，打印成功率更高。“ 基于数据处理深入探索3D打印技术在汽车、航空航天、医疗、齿科、手办等行业应用，是漫格科技实现中国增材制造CAM工业软件使命的根本要求。 2023年，漫格科技将会推出一系列的软件相关优质内容，分享3D打印软件、设计和打印知识，和用户共同学习，共同进步！ 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.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 2.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 3.迈向国际，中国工业级3D打印品牌深入欧美增材强国腹地 4.视频：化学方法去除金属3D打印支撑及表面抛光

  物业工作周报“我们基于华曙高科增材制造解决方案研发生产的3D打印骨科植入物已成功获得3张三类医疗器械注册认证，3D打印手术模型导板已广泛应用于16个临床科室，应用案例超过1万例。  我们与华曙高科携手，共同促进3D打印技术成果广泛应用于医疗行业，助推个性化精准医疗。” ——湖南华翔医疗科技有限公司   继国内首批获得三类医疗器械许可证的金属3D打印钛合金骨科植入物——多孔型椎体融合器、多孔型椎间融合器上市之后，由湖南华锐科技集团股份有限公司旗下——湖南华翔医疗科技有限公司（曾用名：湖南华翔增量制造股份有限公司），采用华曙高科金属3D打印解决方案，研发的钽金属3D打印椎间融合器，于2023年1月获得首张以钽金属粉末为材料的仿生骨小梁结构增材制造椎间融合器三类医疗器械注册证。 钽金属增材制造椎间融合器是湖南华翔与华曙高科联合开发的医用级3D打印解决方案的产品之一。该解决方案包括产品的设计、3D打印设备、打印材料、打印工艺，以及产品检测和无菌生产等全套流程，核心技术已申请专利，拥有完全自主知识产权。 钽属于难熔金属，熔点接近3000℃，此材料的成形对设备的光斑质量提出较高要求，需要稳定的能量输出。钽在成形过程中，因为成形应力大，零件易开裂，需要优化成形工艺来避免此类问题。 早在2016年，华曙高科3D打印研发团队便基于深度开源平台，秉承持续创新理念，攻克了钨、钽、钛合金、铜合金、高温合金等多种金属粉末材料激光精密成形的种种难点，成为国内率先成功烧结钨、钽等材料的3D打印企业，并将其广泛应用于汽车、航空航天、医疗等领域。 钽金属材料增材制造椎间融合器技术优势：1、钽作为“亲生物”金属，具有良好的耐腐蚀性[1]和生物相容性[2-3]，其对骨组织的亲和力突出，骨传导和骨诱导能力优异，促进骨长入和骨融合； 2、三维贯通仿生骨小梁微孔结构，有利于骨融合和血管化；孔隙率高达68 % - 78 %，促进骨长入和血管形成，提高融合率； 3、弹性模量与人体松质骨和骨小梁接近，生物力学适配度高，减少应力遮挡； 4、解剖形态匹配度高，微米级及纳米级的表面粗糙度，与人体骨骼摩擦系数高[4]，有利于提高融合率和稳定性，抗下沉能力突出； 5、优秀的承重能力[5]，可实现即刻负重；高韧性和高塑性，抗疲劳性能优异。 华翔医疗首款钽金属增材制造椎间融合器医疗器械注册证的获批，标志着多孔钽金属植入医疗器械已实现产业化突破，填补了多孔钽材料增材制造领域市场空白，这充分体现了华翔医疗与华曙高科在创新医疗器械与增材制造领域的科研创新能力。 这是我国医疗领域重要技术突破，为钽金属增材制造领域里程碑事件，将引领行业快速发展和进步。不久的将来，定会涌现出更多优质创新产品和技术，为精准医疗、个性化医疗、高端医疗发展贡献民族力量。 【参考文献】 [1] Sagomonyants KB, Hakim-Zargar M, Jhaveri A, et al. Porous tantalum stimulates the proliferation and osteogenesis of osteoblasts from elderly female patients[J]. J Orthop Res, 2011,29(4):609-616. [2] Balla VK, Banerjee S, Bose S, et al. Direct laser processing of a tantalum coating on titanium for bone replacement structures[J]. Acta Biomater, 2010,6(6):2329-2334. [3] Cortecchia E, Pacilli…

激光增材制造技术的出现使得快速凝固和大尺寸成形工艺有机地结合起来，获得了传统成形工艺无法得到的微观组织和力学构件。近日，西北工业大学黄卫东、林鑫教授团队使用激光立体成形技术成功制备了高致密度块状Al-Si合金，并基于实验表征、数值模拟、理论模型等手段对工艺参数–凝固/热循环条件–多尺度微观组织–拉伸性能进行了系统分析和量化研究。本工作从成形条件入手，落笔于组织形成机理，深入揭示了工艺–组织–性能间的内在关联，为精密调控及大规模制备Al-Si合金奠定了理论和实验基础。相关研究成果以“Investigations of the processing–structure–performance relationships of an additively manufactured AlSi10Mg alloy via directed energy deposition”为题发表在国际期刊Journal of Alloys and Compounds上。   论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169050 研究背景 随着现代工业，尤其是航空航天、汽车、医疗等领域的快速发展，对材料轻量化以及比强度的要求越来越高。铝合金作为一种传统的轻质有色金属材料，具有低密度、高强度和优良的抗腐蚀性能，在轻合金的研究及使用中占有很大比例。在铸造铝合金中，又以Al-Si合金的制备和使用最为广泛。提高冷却速率可以有效改善强化相共晶硅的形貌和尺寸，然而，传统的制造工艺手段，例如铜辊轮旋淬法、熔融纺丝法等只能制备薄带、丝等尺寸很小的试样，无法满足力学构件的使用要求。激光增材制造技术 (LAM) 不仅可以获得较高的冷却速率，同时可以获得高致密度、大尺寸、复杂精密构件。尽管Al-Si合金在选区激光熔化技术 (SLM/L-PBF) 中有着广泛且深入的研究，但就高效率沉积大尺寸构件而言，其与激光立体成形技术 (L-DBD) 仍有较大的差距。 由于铝合金质轻、密度低，不易汇聚于熔池中；并且其熔点低，在高功率激光和往复热循环作用下不易凝固，因此其在激光立体成形中的研究和应用一直比较滞后。再者，激光增材制造工艺是快速凝固和往复热循环的综合过程，如何深入理解背后的作用机制，对于其微观组织和力学性能的调控具有关键的指导作用。西北工业大学黄卫东、林鑫教授团队基于铝合金的成形特性，在大量的实验基础上，成功制备出高致密度块状Al-Si合金，并对微观组织形成机理及其对力学性能的影响进行了深入、系统的分析，构建出工艺–组织–性能量化关系研究框架。 实验装备 西工大金属高性能增材制造团队具有完备的激光立体成形装备和丰富的实践经验，本工作在自主研发的LSF-VII型设备中完成。针对铝合金成形特点，为了更好地将熔池中及热循环产生的热量及时导出，在沉积基板底部设计了循环水冷装置，提高了Al-Si合金的沉积效率及成形质量，制备了尺寸为70 × 70 × 15 mm3, 致密度为99.24%，微观组织均一的块状试样。 图1. 激光立体成形装备及沉积试样：(a) 西工大金属高性能增材制造团队自主研发的LSF-VII型激光立体成形设备；(b) 成形舱室中沉积打印实物图；(c) 基板底部强制水冷装置示意图；(d) 激光立体成形Al-Si块状合金及拉伸试样实物图 研究手段（1）—数值模拟 工作团队为了深入挖掘成形过程中熔池内部的快速凝固机制以及沉积试样中往复热循环的影响，建立了基于Abaqus软件的有限元模型。模型尺寸与实际打印试样相等，为了兼顾计算效率和模拟精度，充分考虑了“三传”影响，基于物理本质及实际实验条件，进行了合理化假设，提取出了熔池内部的凝固控制参数及沉积试样热循环曲线。 图2. 有限元数值模拟：(a) 有限元模型尺寸及网格划分；(b) 熔池温度场提取截面；(c) 稳态熔池示意图；(d) 凝固控制参数的提取：温度梯度G和固–液界面移动速率R；(e) 沉积试样1、25、50、75层中心点经历的热循环曲线 研究手段（2）—实验表征 激光立体成形Al-Si合金具有多尺度微观组织，利用实验表征的手段可以充分揭示其组织特征和尺寸。从微米尺度的外延生长的柱状晶，到亚微米尺度的柱状树枝晶，到枝晶间网状分布的共晶硅，再到枝晶干内弥散分布的纳米尺度析出硅颗粒。 图3. 多尺度微观组织：(a) 横截面呈等轴状的晶粒形态；(b) 纵截面呈柱状的晶粒形态；(c) 光镜下横截面呈菱形的等轴状树枝晶；(d) 光镜下纵截面呈外延生长的柱状树枝晶；(e) SEM电镜下枝晶周围网状分布的共晶硅相；(f) SEM电镜下呈细晶区、粗晶区、热影响区的熔池边界；(g-i) 基体中析出硅颗粒 通过准静态轴向拉伸试验，获得了沉积试样横向拉伸性能数据。相较于传统铸造等工艺手段，激光立体成形制备的AlSi10Mg合金具备更强的加工硬化能力，加工硬化指数可以达到0.2左右；且具有优良的综合力学性能（屈服强度187±1.5MPa；抗拉强度314±2.4MPa；断裂延伸率7.4±0.5%），突破了传统铸造合金强–塑性无法兼顾的桎梏。 图4. 沉积态试样横向拉伸性能：(a) 工程应力应变曲线；(b) 真应力应变曲线；(c) 加工硬化率及加工硬化指数；(d) 综合力学性能（屈服强度和断裂延伸率）对比图（标注引用参见本工作原文参考文献） 理论模型（1）—非平衡凝固模型 激光立体成形熔池中的冷却速率可以达到103–104 K/s，因此，工作团队根据仿真模拟中提取的熔池内部凝固控制条件对凝固模型中的参数进行修正，将经典非平衡凝固理论应用到此工艺参数范围。一次枝晶间距 (PDAS) 和枝晶胞状结构尺寸…