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，南方科技大学力学与航空航天工程系教授邓巍巍团队实现了低熔点合金作为有机光伏电池顶电极的打印，相关研究成果在Advanced Optical Materials上发表，题为“Printing of Low-Melting-Point Alloy as Top Electrode for Organic Solar Cells”。有机光伏电池是新一代可再生能源，其最受关注的优点是轻、薄，以及通过溶液法实现低成本连续印刷制造的潜力。当前，有机光伏电池顶电极的主流制备方式是真空蒸镀，在进出真空腔时要经历繁琐耗时的抽放气过程，已经成为阻碍全印刷制备有机光伏电池发展的瓶颈。如何实现有机光伏电池顶电极的可连续打印制备，是产业化进程面临的关键挑战之一。低熔点合金具有许多适合作为有机光伏电池顶电极的优点：功函数低、电导率高、无需高温烧结、在熔融状态下可用打印方法制备。熔点为62 ℃的菲尔德合金（Field's metal：32.5%铋，51%铟，16.5%锡）在阳光照射下可保持固态，熔融温度对有机光伏材料无损伤，且不含铅等有毒元素，因此是理想的有机光伏电池电极材料。邓巍巍教授团队设计了直写菲尔德合金的打印装置，研究了打印过程中的关键流体力学问题，获得了非蒸镀电极有机光伏电池的最高效率。团队使用的打印技术为常见的熔融沉积打印法。打印装置包括一个包裹在注射器周围的恒温加热系统，可以使合金处在熔融状态；注射器推杆由步进电机驱动，通过控制程序实现与基台的x-y-z方向联动，实现精密的熔融态合金的挤出和拖拽（即“打印”）。团队发现，打印头与基板之间的距离（打印间距）对打印结果有重要影响。打印间距的一个临界值与熔融合金毛细尺度密切相关，并使熔融沉积打印法实现两种不同的打印模式：打印间距与毛细尺度相当时的拖动模式（也可称为远场模式）和打印间距远小于毛细尺度的剪切模式（或近场模式）。团队分别采用这两种打印模式打印电极（图1b），在基于D18:Y6活性材料的有机薄膜上，分别打印出棒状和薄片电极。电池的最高效率达到16.44%，是当前文献报道的基于非真空蒸镀电极的有机光伏电池最高效率。在拖动模式下，当挤出速度与运动速度的比值较大时，出液量超过成型棍状电极所需的流量，形成一个个小串珠（蓝色区域）；挤出速度与运动速度比值很小时，挤出量不足以形成连续的电极，形成不连续的迹线（红色区域）；当这两个速度的比值在合适的范围（0.2-0.35），则形成均匀连续的棒状电极（绿色区域）。剪切模式打印的薄片电极横截面和俯视图上图b所示。当打印间隙小于100微米时，可以形成连续的扁平薄片电极，且随着打印间隙的缩小，电极的宽厚比逐渐增大，更有利于节省电极材料。该工作以简洁的打印方式代替真空蒸镀来制备顶电极，为有机光伏电池在常压环境连续制备提供了新的机理和方法。此外，该项工作所研究的直写打印低熔点合金作为电极，在有机半导体器件方面具有普适性，也适用于有机和量子发光二极管（OLED和QLED）等光电器件，可为印刷法制造高性能新型光电器件提供新的工艺方法和研究思路。南科大2022级博士生于博洋和2020级硕士生刘霖娜为共同第一作者。南科大前沿与交叉科学研究院研究副教授赵新彦和力学与航空航天工程系教授邓巍巍为共同通讯作者。南科大是论文第一单位。该研究获得了国家自然科学基金和深圳市软材料力学与智造重点实验室的支持。论文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202201977注：本文来自南方科技大学新闻网，欢迎加入硕博千人交流QQ群（248112776）

本期，3D打印技术参考总结2022年3D打印技术值得关注的十项重要科研成果，涉及金属3D打印过程精益控制、缺陷类型及造成的影响和如何消除、金属3D打印的关键机理、通过新手段开发超高性能材料，以及体积3D打印和新的具有更高效率的树脂3D打印工艺。关于金属3D打印的研究甚至可以构成一个体系，来深入理解这项工艺。同时需要注意的是，这些研究中有很多国内研究机构的身影，每篇都值得深入学习与思考。 1. 精益控制金属3D打印的过程不稳定性，获得高一致性和增强机械性能 在激光粉末床熔融3D打印工艺中，激光与粉末相互作用的不稳定性导致了各种缺陷的产生，特别是较大的飞溅，容易造成夹杂、形成大的颗粒，甚至出现卡刀的情况。工艺人员一直在通过调整参数的方式减少飞溅的产生，但改变材料却是另一种行之有效的途径。 https://www.nature.com/articles/s41467-022-28649-2 2月，来自威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员发表了题为《Controlling process instability for defect lean metal additive manufacturing》的文章，报道了一种通过使用纳米粒子来控制激光-粉末床相互作用的不稳定性从而消除大飞溅物的方法。研究人员揭示了两种机制协同工作以消除所有类型的大飞溅：（1）纳米粒子对熔池波动的控制消除了液体破裂引起的大飞溅；(2) 纳米粒子对液滴聚结的控制消除了液滴碰撞引起的大飞溅。同时得出结论，纳米粒子能够同时稳定熔池波动和防止液滴聚结，为减少金属增材制造中的缺陷提供了一种潜在方法。 2.顶刊综述：金属增材制造过程中的缺陷种类、产生原因、对性能的影响及控制方法 金属增材制造技术按照其送料方式不同可分为粉床熔融式(PBF)和直接能量沉积式(DED)增材制造。PBF技术主要代表有激光选区熔化成形(SLM)及电子束选区熔化成形(EBM)。DED技术主要可分为激光近净成形(LENS)、送丝激光(WLAM)/电子束(WEBAM)增材制造。其中，DED技术直接将熔融金属沉积在下层已凝固金属表面，不受成形尺寸限制，在成形大尺寸构件方面具有独特优势，但成形精度、表面质量均较差，需二次后续加工。PBF技术因其具有较高的精度和表面质量常用来成形具有较高质量要求的复杂异形结构部件，是目前主流金属增材制造技术。 ‍‍ https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.02.015 3月，香港理工大学、西北工业大学和香港中文大学的研究人员提出了粉末基增材制造金属和合金中多尺度缺陷的类型、形成机制、危害以及控制方法。PBF金属部件内部缺陷可根据尺寸分为三类：(1) 尺寸缺陷；(2) 表面质量缺陷；(3) 显微组织缺陷；(4) 成分缺陷。为进一步提升PBF金属部件机械性能及表面质量，需对缺陷形成机理及缺陷对成形部件性能影响进行深入探究。相关研究以《Multi-scale defects in powder-based additively manufactured metals and alloys》为题发表。 3. 体积3D打印再次登上《Science》封面 源于从微光学器件到用于化学合成和生物分析的微流体系统对玻璃的尺寸、几何形状、表面粗糙度和机械强度要求的发展，传统的加工方法受到挑战。4月，来自美国加州大学伯克利分校、劳伦斯利弗莫尔国家实验室以及德国弗莱堡大学的研究人员以《Volumetric additive manufacturing of silica glass with microscale computed axial lithography》《Science》以封面文章发表采用轴向光刻3D打印石英玻璃的研究，这是体积3D打印技术至少第二次发表在该期刊，此前还有研究发表于《Nature》。 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm6459 基于全息曝光、正交叠加、层析照相以及后烧结，研究人员制造了内径150μm的三维微流体、表面粗糙度仅6nm的复杂形状微光学元件，以及最小特征尺寸为50μm的复杂高强度桁架和晶格结构。作为一种高速、无层纹数字光制造工艺，轴向光刻3D打印可加工具有高固含量和高几何自由度的纳米复合材料，从而为新的设备制造提供空间。 4. 科学家对金属3D打印中的缺陷形成有了新认识，能充分控制熔池稳定性 对于激光粉末床熔融工艺（LPBF），深入了解激光与材料之间的相互作用对于开发该工艺的潜力至关重要。然而，高功率激光束产生的热量通常会导致部件中形成气孔，这些缺陷对零件的密度有害，并导致结构的整体机械性能较差。在零件性能至关重要的关键行业中，孔隙还可能限制可打印的零件类型。因此，需要开发更好的缺陷检测技术，并避免在打印过程中产生缺陷。 https://www.nature.com/articles/s41467-022-30667-z 5月，赫瑞瓦特大学、清华大学（赵沧教授）、弗吉尼亚大学和阿贡国家实验室的科学家组成的团队使用先进的成像技术，研究了金属3D打印过程中的材料状态，使激光与金属粒子相互作用时存在的所有物质状态之间的相互作用实现了可视化，从而为缺陷形成的方式和原因提供了新的见解。相关研究以《The interplay between vapour, liquid, and solid phases in laser powder bed fusion》发表。 5. 热力学指导增材制造合金成分及工艺设计，获得无缺陷零件 3D打印的许多合金和工艺开发仅考虑材料的整体成分。这些研究通常涉及大成分和工艺参数集的实验筛选。一些研究已经报告了凝固过程中局部成分变化对整体材料性能的重要性。然而，很少有研究遵循与分离和分配现象相关的清晰的热力学和动力学规则。因此，迫切需要为3D打印工艺制定考虑非平衡溶质分配特征材料开发指南。 https://www.nature.com/articles/s41467-022-31969-y 7月，来自德国马普所的研究人员近日发表了一项题为《Thermodynamics-guided alloy and process design for additive manufacturing》的研究，通过整合、计算和利用元素分配，提出了一种热力学指导的3D打印合金设计的方法。研究结果可用于指导在相同基础合金上进行进一步的3D打印试验，经过适当的成分和工艺调整，可以获得无缺陷的零件。…

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 俄罗斯Skoltech（斯科尔科沃科学技术研究院）的科学家近期公布了一种使用3D打印技术制造的青铜钢合金，这种新型合金融合了青铜和钢的独特特性——受益于钢的耐极端温度能力和青铜的导热能力，新材料可用于制造飞机和火箭发动机的燃烧室。 该研究以“Mechanical characteristics of laser-deposited sandwich structures and quasi-homogeneous alloys of Fe-Cu system”为题发表在《材料与设计》杂志上。 研究人员首次使用直接激光沉积工艺制造了青铜钢合金。Skoltech团队以两种不同的方式将青铜和钢结合起来——获得所谓的准均质合金和夹层结构。 研究人员制造的准均质青铜钢合金制成的垂直杆 准均质合金意味着两种材料均匀混合在整个样品中，而夹层结构则由一系列交替的0.25毫米厚的青铜和钢层组成。激光能量沉积装置采用同时进料青铜和钢粉或者交替沉积的形式制造两种材料或结构。钢粉采用的是316L不锈钢，青铜粉则分为铝青铜、锡青铜以及铬青铜。研究人员分别对由不同铜合金组成的铜钢均质合金（50：50、75：25两种成分）以及夹层结构进行了研究，共进行了8组实验。 研究证实，这两种材料熔合良好，没有形成缺陷。该团队3D打印了测试样条，检查了它们的形状、化学成分和微观结构。研究人员表示，“当出现问题时，样品的形状可能会明显变形，或者在3D打印过程中可能会开裂。这意味着要么使用的材料不合适，要么条件设置不当。”在此阶段没有发现任何问题后，研究人员开始从样品的不同部位切出样块，并使用光学和扫描电子显微镜研究内部组织结构。 青铜钢合金中青铜和钢的交替区域 对复合材料进行广泛的机械测试，获得了主要的机械特性。其中，由铝青铜和钢以1:1混合的材料得到了最高的力学性能，其中抗拉强度达到838.6Mpa，屈服强度665Mpa，应变断裂比为0.035，这些材料性能是首次被报道。 用于机械测试的准均质样品 该研究成功证实了钢和青铜可以通过3D打印制造出新的合金，从而能够探索可能的应用。未来，研究人员将测试青铜钢燃烧室，钢材可以抵抗运转中发动机燃料燃烧产生的高温，但与青铜相比，钢的导热率不足，因此发动机冷却液无法有效从中吸走热量防止过热和损坏。借助3D打印，可以通过制造由梯度材料构成的燃烧室，确保热量快速导出，同时保障结构强度。除此之外，研究人员还将测试其他金属组合，如制造由超级合金制成的涡轮叶片等。 3D打印再一次证明在开发新材料方面具有重要的优势，由其制成的复合材料将具备两种或多种金属的优势，因此也得到各国科学家的广泛关注。 注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（248112776）欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.3D Systems专家总结2022年塑料和金属3D打印取得的创新 2.3D打印服务商驰辉，帮助汽车客户缩减超30%的加工成本和时间 3.设计指南：基于激光烧结3D打印技术的应用和设计技巧 4.长36米、宽5米 ▏世界最大复合材料增减材一体3D打印机诞生

3D Systems的首席产品营销负责人和材料产品营销经理在研讨会中回顾了2022发布的3D打印塑料和金属材料以及设备的创新，这些新发布和即将发布的金属与塑料材料普遍具有极大应用潜力，装备也以生产为重点。除此之外，两位行业专家在问答环节展望了未来的3D打印方向，与3D Systems一起来探索工艺创新推进交通、消费耐用品、铸造、能源、航空航天和国防等领域的创新。 1. 讨论主题: 增材制造-概括真实生产的需求 高速，大幅面生产能力的SLA 小型零件的高效批量生产 热塑性塑料部件的可重复性和完整的工作流程集成 新一代铜合金 HX中大型定子和套管的可重复工艺 2. 了解详细内容可通过两种方式： 识别二维码观看视频 阅读下文文字内容 识别观看（中文字幕） 主讲专家： Sam Green 3D Systems首席产品营销负责人 15年来，Sam参与了增材制造领域许多令人兴奋的创新，无论是在喷墨打印方面的一些最早的突破，还是在新兴市场开发和推广技术、系统和材料，这些技术已经影响了数百万人。凭借他在市场营销、产品和业务开发方面的专长，他有幸成为领导这一卓越创新的核心团队的一员。 Paul Miller 3D Systems材料产品营销经理 自加入3D Systems以来，Paul一直负责为SLA, SLS和Figure 4平台推出和销售新的生产塑料材料产品。Paul拥有超过15年的产品和营销经验，从B2B销售和培训管理到监督全球营销工作和数十亿美元业务领域的大规模产品发布。Paul很高兴能分享增材制造材料的新技术，以及未来的新技术。 涉及的产品信息如下： 1. SLA 750首款同步双激光器SLA打印机 SLA 750 Dual是3D Systems全球首款同步双激光器SLA打印机，其速度是该公司当前SLA打印机的两倍，吞吐量是当前SLA打印机的三倍。它使用双成像系统以及专有的扫描算法Hyper-Scan矢量技术，专为高效、高质量的生产制造而开发。 这个完整的解决方案在速度、吞吐量、材料性能和成本效率方面为工厂车间生产提供了突破性的进步，具有生产级材料、自动化兼容性，以及基于AI的与所有工厂车间设备的无缝集成。 2. DMP Factory 500金属3D打印解决方案 DMP Factory 350 打印机提供独特功能、经过广泛测试的LaserForm材料套件、3DXpert金属增材制造软件以及重要的应用工程师的专业知识，这些相结合可以为客户带来时间、成本和功能优势。用户依据可靠的材料数据库就能进行精密金属3D打印，无需自行开发加工参数，后者不仅有一定挑战性，而且耗费时间和费用。3. SLS 380选择性激光烧结技术解决方案SLS 380是一款具有高吞吐量的SLS增材制造解决方案，可实现更高的吞吐量、一致性、性能和产量。针对想要将增材制造融入到工厂车间生态系统的需求，3D Systems的SLS 380及其补充软件、材料处理和后处理解决方案进行了优化，能够以经济实惠的方式批量生产部件。 新的解决方案具有以下亮点： 具有闭环流程控制的高吞吐量工作流程解决方案，可跨部件、构建、打印机和打印场所实现可重复性 生产级尼龙热塑塑料 自动化3D部件嵌套、材料处理和后处理解决方案 4. Atlas超大幅面、高速挤出3D打印机系列 这是一种大规模、混合式和模块化的增材制造解决方案，结合了颗粒挤出、细丝挤出和主轴减材制模等功能。如果需要打印速度非常快且具备制造水平精度、表面质量和可重复性的低成本、大规模部件，此解决方案为不二之选。其同样适用于大规模模型、模具、批量生产和功能原型。5. 开放型材料DuraForm PAx DuraForm PAx Black 是3D Systems全新非限制性材料产品组合中的最新产品，可与选择性激光烧结 (SLS) 打印机配合使用。与最新推出的DuraForm PAx Natural一样，这种材料具有与注塑塑料相似的特性以及高抗冲击性，并且无论沿哪个方向拉伸，均能实现高断裂伸长率。 DuraForm PAx Black 专为与市面上有售的任何选择性激光烧结 (SLS) 打印机配合使用而设计，无论来自哪家打印机制造商，都能轻松集成到现有的生产工作流程中。DuraForm…

自3D打印技术于2012年开始在国内引起关注，十年时间，市场范围内有太多的创业故事。太多人对这项技术的爆发寄予了希望，一年一年，很多创业者选择离开，很多创业者选择坚持。在经历十年涤荡之后，这项技术似乎现在才迎来它的黄金发展期，从而诞生了很多奇迹，因为它真的被越来越多的使用。 本期内容，要介绍的是一家创立仅3年，但在2022年取得非凡成绩的公司——RAYSHAPE铼赛智能。 被誉为光固化3D打印领域的黑马 2019年，时年32岁的创始人刘震成立RAYSHAPE铼赛智能，其曾在国内最大的3D打印设备研发、生产公司担任研发总监职务。所创立的新公司专注于高性能光固化3D打印技术的产业化应用，利用和放大技术优势、解决细分行业的核心问题。 短短三年，RAYSHAPE已经被外媒称作光固化领域的黑马。公司在光固化3D打印光学、电气、机械、软件、算法、材料等环节，拥有完整的自主开发能力，可以为不同行业和不同应用场景，提供完整、领先的整体解决方案。 得益于在高性能树脂、精密3D打印工艺，RAYSHAPE在每个目标市场均有行业头部客户，包括拜博、欢乐、瑞尔、摩尔、牙博士等齿科客户，以及华为、海思、施耐德、安克、天珑手机等工业客户，以及迈瑞医疗、联影医疗、迈普再生、上海九院等医疗客户。 数千万元A轮独家融资 2022年春节前夕，RAYSHAPE完成新一轮数千万级别A轮融资，正式获得来自兴富资本旗下四期基金独家投资。 兴富资本表示，铼赛智能自成立以来，迅速通过高性能产品获得市场认可，并且在牙科已有同类品牌耕耘数年的基础上，抢夺了椅旁市场一定份额，同时在工业、教育、文创等领域迅速起量。3D打印以一种先进制造方式提高企业研发速度、有效节省成本的时代已经来临，将会在越来越多的领域发现3D打印的应用场景，兴富资本看好铼赛智能在工业柔性化生产方向的发展前景，同时铼赛团队具备优秀的创新能力及产品力，欢迎铼赛智能成为兴富智能制造领域又一伙伴企业。 开设两家海外子公司 对于很多创业公司，成立仅几年时间能够实现盈利已属不易，但RAYSHAPE却已经在海外开设了两家子公司，因此可证明其发展之迅速。 2022年5月，RAYSHAPE英国子公司成立，其将重点利用英国辐射欧洲全域的优势，倾听欧洲用户的需求，确保欧洲用户的体验，着力突破RAYSHAPE齿科解决方案产品的服务和海外3D打印市场的开拓的第一步。 2022年9月，RAYSHAPE通过位于俄亥俄州哥伦布市的新子公司，进入北美市场，主要在整个北美地区提供商业支持，包括售前及售后服务，尤其是在齿科领域。 RAYSHAPE创始人刘震表示，“今年国际市场的拓展对我们来说是自然而然的，因为树脂3D打印机的需求量很大。RAYSHAPE的产品优势在于可靠性和易用性，我们相信我们的解决方案可以为海外市场的牙科诊所和实验室带来巨大价值。”作为基于3D打印的数字化生产方案提供商，RAYSHAPE所描绘的战略发展蓝图中，以客户为中心，不断完善产品矩阵，努力推动3D打印技术普惠，帮助工业企业及齿科医疗等用户解决痛点、难点。 订单增超30%，装机超1500台 RAYSHAPE在疫情的重重阻隔下成功打开海外市场，产品销往美国、德国、英国、澳大利亚、以色列、保加利亚、意大利、俄罗斯、荷兰、日本、菲律宾、台湾等在内的10余个国家和地区。 2022年，该公司订单增长超过30%，累计装机总量超过了1500台，树脂材料销量超过了20000瓶，海外签约代理商达到了16家。这些数据证明了该公司取得了斐然的成绩。 研发不辍，材料、设备不断上新 RAYSHAPE公司创始团队有近10年3D打印行业经验，研发人员占比45%。目前已申请知识产权近30件，其中包括5件PCT专利，已获得国家高新技术企业认定，强大的研发实力使公司的材料和设备不断上新。 1.三款新设备 2022年，RAYSHAPE推出三款新的3D打印机——Shape 1+、Shape 1+ Dental以及Edge E1。 Shape 1+系列产品基于德州仪器独家的DLP技术打造，得益于该技术在光路结构、光功率、光均匀度、光平行度等方面的优势，DLP技术的3D打印机在打印精度、效率、使用寿命、维护成本等层面有着显著优势。 Edge E1是一款高性价比的专业齿科3D打印机，更是齿科数字化转型的安心之选。即插即用，产品到手免校准；只需5分钟，即可低成本更换掩膜液晶屏。192 x 120mm打印幅面，±50μm尺寸精度，可在椅旁提供大尺寸、高精度的3D打印齿科应用制造服务。即插即用，产品到手免校准；只需5分钟，即可低成本更换掩膜液晶屏。 2. 六款新材料 材料是影响3D打印技术应用的关键因素，也是事关一家3D打印企业能否成功的重中之重，几乎每一家从事光固化的企业都会推出专有的材料体系。得益于强大的材料研发能力，RAYSHAPE于2022年推出了六款新材料： ESD-T：该款树脂表面电阻为106-108Ω，优异的静电耗散性能，可很好的保证电子元器件免于静电伤害，适用于电子产品生产流程中的防静电夹治具等应用。 Flexible：该款树脂性能类橡胶材料，刚柔并济，适用于塑胶类生活制品，工业传动和密封配件，管路零件，以及鞋底等应用。 Elastic：该款树脂性能类硅胶材料，柔韧高弹，适用于硅胶类生活制品、工业紧固和密封配件，以及按键内衬等应用。 Model 1：该款材料专为高精度牙模应用设计，橙黄、灰、象牙白三色可选，成型快、精度高、长期稳定性好。 Tough 30：主要用于卡扣，匹配类等韧性需求较高的模型打印，极高的抗冲击性能和韧性，低收缩，可打印性能高。 E-ABS 20：韧性极高，长期耐候性佳，可长时间户外使用，不发脆 3. 五项授权发明新专利 2022年，RAYSHAPE新获得5项新的授权发明专利： 数据处理方法、3D打印设备及其打印方法、存储介质 底面曝光的3D打印设备、控制方法及控制系统 能量辐射系统及3D打印设备 3D打印后处理设备 制造方法、系统、3D 打印设备及图像处理方法 END 2022年可谓是疫情爆发以来最困难的一年，即便如此，RAYSHAPE团队仍旧积极开拓国际市场。除以上成绩之外，该公司还参加了12场展会，其中海外展会10场，这凸显出国内3D打印企业勇敢开拓国外市场的决心与自信。 2023年，RAYSHAPE突破3000㎡的生产场地即将投产，达2400㎡的新研发中心和营销中心也已投入使用。对一家成立仅3年的公司，发展之快，着实让人感叹。 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.应用潜力无限！2022年重量级(准)工业级聚合物3D打印机概览 2.成立三年，国产高性能DLP 3D打印机畅销10余国家和地区，不乏华为等高端用户 3.助力华南理工，国产大型颗粒料3D打印机尺寸超大，速度超快，性能更高 4.高性能铝合金3D打印粉末之宝航多级别材料与应用场景

1月11日，由华南理工大学建筑学与土木工程专业师生合作完成的大型户外数字建造项目于羊城开展。所展出的结构艺术装置取牵牛花为原型，将形似花朵的竹编网壳结构建于形似花托立柱之上，通过将传统手工技艺与现代建造技术相结合，诠释两种建造方法的交融之美，也表达了技术爆炸时代对传统技艺的尊重与传承。 △左右滑动查看更多 值得注意的是，三款大型花托立柱由3D打印制造，材料为PETG，尺寸达1.4m，超过了绝大多数聚合物3D打印机的可成形尺寸。工业级3D打印设备厂商一迈智能使用了新款颗粒料3D打印设备FAST-JET-1500进行打印制作，过程中不断与设计团队根据实际效果，进行设计的迭代与参数的优化，最终在一周的时间内将项目完成。 FAST-JET-1500打印机 跳过丝材，使用粒料成本更低 需要特别指出的是，所有3D打印丝材都由颗粒料制作而成，为什么不跳过丝材直接使用颗粒料进行3D打印呢？这样可以节约更多材料成本。此外，颗粒3D打印机又是否能够像丝材打印机一样，兼容多种材料呢？尤其是高性能3D打印材料。 据此，一迈推出了一款可以直接使用颗粒料、挤出温度提升至500℃的FAST JET 1500打印机，其还采用了三段式挤出温控系统、封闭式的保温腔体，能够支持市场上绝大部分的热塑性颗粒料，包括PEEK，PEKK等高性能材料。 尺寸超大，速率超快，性能更高 FAST JET 1500的成形尺寸达到了1.5×1.5×1.5m，内置25kg可烘干料斗，采用自主开发的6轴控制系统（目前在用的是4轴，剩余是预留拓展口）及10英寸全彩触控屏，具备远端自动上料的功能。挤出机具备液冷散热功能，最大吞吐量可以达到6KG/小时，采用模块化的设计，用户可以自行选择高温挤出头或者普温挤出头，并且进行快速更换。 △左右滑动查看更多 与熔丝制造（FFF）对比，颗粒料3D打印效率更高，成本更低，因其更接近与传统注塑或挤出工艺，颗粒打印制件的性能通常比丝材打印的更高。 打通工艺，实现应用 得益于一迈在线材高温系列打印机中对材料工艺的积累，以及其股东松湖股份关于3D打印丝材挤出机的生产经验，使一迈可以快速打通热塑性颗粒料上游工艺资源及下游应用，目前已经进行了不同品牌数十种原料的打印测试。 不同材料的工艺需要长时间的摸索及测试，才可以得出相对稳定的生产工艺。为此，一迈专门成立了自己的打印工艺部门，配备了多台自主打印机及测试仪器，致力于打造与机器完美配套的材料体系及成型工艺。 从左至右：可降解颗粒/可回收颗粒/降塑木粉颗粒 PC材料打印中 不过，颗粒打印的缺点也显而易见，超大的吞吐量使得其层纹很高，线宽很大，螺杆的控制无法像齿轮控制丝材进退那么精确，导致回抽拉丝会严重一些，因此，小制件的细节无法完美呈现。即便如此，一迈仍然在工艺控制方面做了大量工作，以更好控制回抽拉丝，优化层间结合力，避免应力控制导致的形变和翘曲。 FASTJET 1500开门取模状态 卡车挡泥板（SK原料） 目前颗粒料3D打印就是这么一种优缺点明显的制造工艺，与终端客户的需求磨合非常重要，在很多应用场景下，一迈开始逐渐释放颗粒打印的优势与魅力，而缺点也已经有成熟的方案进行解决，例如增减材混合，精细后处理等。 此外，FAST JET 1500将作为首批内置一迈云平台的机型公开发售，用户可远程控制烘烤干燥材料，上传G代码文件，定时打印，并且可以远程监控观察打印进程。 END 使用颗粒材料3D打印进行数字化建造具有高效率和低成本的优势，通过参数化设计以及先进制作的方式，可以使得最终制品的呈现更加具备特色。此外，一迈智能已经开始进行可回收颗粒材料的3D打印尝试，这将对可持续发展和限塑起到关键作用。 3D打印与艺术设计必定会建立起深远的联系，这不是一迈的颗粒3D打印方案首次与高校/设计师进行配合，也不会是最后一次，企业负责人表示，艺术设计的呈现离不开3D打印，但在目前这个阶段，仍然需要厂商与设计团队保持着密切的沟通，需要针对3D打印这种生产方式进行设计迭代，也需要根据设计的方式以及材料的特性进行参数的优化，一迈欢迎更多的设计师/团队/企业/院校与之联系，一起为推动艺术设计的数字化制造而努力。 注：本文内容已获授权。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.我国石油企业使用一迈智能CF-PEEK 3D打印解决制造难题 2.孟加拉国专科医院购买中国3D打印机开展PEEK颅骨植入手术 3.华科史玉升教授团队开发出能3D打印PEEK的激光烧结SLS设备并成功实现临床应用 4.打破垄断，国产米级超大幅面高温3D打印机，航空航天非金属优选方案

近日，3D打印技术参考注意到，2023年Science正刊首篇关于3D打印技术的研究已经于1月5日发表。弗吉尼亚大学材料科学与工程专业孙涛副教授领导的研究团队取得了新发现，极大提高了金属3D打印技术的质量保证能力，对扩大航空航天和其他领域该技术的应用带来新的契机。 https://www.science.org/doi/10.1126/science.add4667 该研究以“Machine learning–aided real-time detection of keyhole pore generation in laser powder bed fusion”为题发表，研究人员通过同步高速加速器X射线成像和热成像，结合多物理场仿真，在Ti6Al4V激光粉末床熔融过程中发现了两种类型的锁孔振荡；通过机器学习进一步加深了这种理解，并开发出一种以亚毫秒级时间分辨率和近乎完美的预测率检测随机锁孔孔隙率生成的方法。总的来说，这是一种简单实用的方法，能够在商业3D打印系统中使用。 金属3D打印工艺中锁孔孔隙的形成 在粉末床激光熔融金属3D打印技术中，孔隙一直都是重要的缺陷类型。在激光能量输入过多（高功率和慢扫描速度）时，金属汽化施加反冲压力，将熔池表面向下推，形成一个狭窄而深的钥匙孔，其中发生多次激光反射和吸收。虽然这增加了金属的整体激光吸收，但锁孔壁上的不均匀激光吸收会产生局部热点，导致反冲压力、蒸汽动态压力、毛细管力和马兰戈尼力之间的不平衡。 在该研究中，科学家利用同步高速加速器X射线和热成像，在不稳定的锁孔条件下发现了Ti6Al4V的两种锁孔振荡模式——固有振荡和扰动振荡，而高频扰动振荡是产生锁孔孔隙的原因。一旦钥匙孔坍塌，钥匙孔的下部与上部分离，表现为一个气泡从钥匙孔尖端溢出。然后，气泡被新的钥匙孔向下和向后推。当气泡离开钥匙孔时，其运动主要由熔池中的流体流动控制。很少有孔隙可以通过流向熔池表面或循环回锁孔而逸出，大多数孔隙被推进的凝固前沿捕获并成为孔隙缺陷。 稳定锁孔内的固有振荡 稳定锁孔模式下的本征振荡 Ti6Al4V随机孔隙的生成过程 简单的说，小孔的形成和大小是激光功率、扫描速度以及材料吸收激光能量的能力的函数。如果小孔壁稳定，则可以增强周围材料的激光吸收并提高激光制造效率。然而，如果壁薄弱或坍塌——材料会在锁孔周围凝固，将气穴困在新形成的材料层内。这使得材料更脆，更容易在环境压力下开裂。 因此，通过优化工艺参数可以减少孔隙的产生，但LPBF工艺涉及的多种因素仍难以抵消激光熔化模式下出现锁孔的条件，如激光光斑尺寸、功率和扫描速度的漂移，以及不合理的扫描策略可能导致局部过热。因此，即使针对打印材料优化了设备参数，零件中仍可能存在锁孔孔隙。扰动锁孔振荡是解答这一问题的关键：在不稳定的锁孔模式下通过调整功率和扫描速度，有些气泡可以逃出锁孔并变成孔隙，而有些气泡会被锁孔重新捕获并消失。 新手段将预测成功率提升至100% 实时检测是金属3D打印质量保证体系的重要组成部分，有利于构建闭环控制系统，甚至还可以实施调整工艺消除缺陷。当前所开发的光学和声学传感系统在质量控制方面发挥了一定作用，但检测局部和瞬时生成锁孔仍然具有挑战性。这是因为除了参数漂移的明显原因之外，锁孔形成的随机性质还有其他物理原因。在不稳定锁孔条件下的激光扫描过程中，气泡形成的确切位置并不固定而是随机产生，哪些气泡最终会变成孔隙，哪些会被锁孔重新捕获并消失，这些问题都不确定。 LPBF工艺中的实时锁孔孔隙率检测 Ti-6Al-4V打印过程中的固有和扰动锁孔振荡 研究人员开发了一种通过集成实验数据、多物理场仿真和机器学习来检测锁孔生成的方法。使用钥匙孔区域发出的热信号来预测孔隙生成，LPBF过程的X射线图像为校准和验证理论模型以及训练机器学习算法提供了丰富的真实数据。孙涛副教授指出，“通过整合原位同步加速器 X 射线成像、近红外成像和机器学习，我们的方法能够以亚毫秒时间分辨率和100%的预测率捕获与锁孔生成相关的独特热特征。” 在商用系统中验证研究成果 通过校准的仿真、优化的热成像方案和机器学习算法，研究人员展示了两种实用的方法，无需额外的同步加速器实验即可有效应用。他们使用商用LPBF系统（SLM Solutions 125）进行了概念验证实验，腔室的大小和视窗位置限制了热成像的设置。尽管无法应用最佳成像条件，但在调整参数后预测精度、精密度等均有所提高；第二种方法是使用经过良好校准的模拟来训练机器学习模型，当对实验数据进行测试时，粉床和样品的预测精度分别为85%和87%。 论文第一作者与孙涛副教授 使用这种方法预测粉末床样品中的孔隙生成明显更加困难。这与使用实验数据进行训练的情况不同，在训练中，粉末床样本的预测率通常更高。这种差异凸显了开发更复杂的LPBF模型的必要性，其中应考虑控制粉末运动和蒸汽羽流动力学的物理特性。 END 孔隙作为金属增材制造过程工艺的重要缺陷类型，在零件使用过程中会带来很多危害。工艺的调整旨在消除缺陷，但工业后检测手段往往昂贵且效率低，破坏性检测更不现实。实时监测作为质量控制的重要组成部分，需要提高检测的精度和可靠性。 该研究中对锁孔生成的机理进行了阐述，并提出了一种商业可行的手段，虽然研究与验证结果有出入，但已经是很大的提高，并显示出极大的应用潜力。 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.清华大学于《科学》发表论文揭示金属3D打印中匙孔气泡缺陷的起源 2.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 3.【顶刊综述】金属增材制造过程中的缺陷种类及产生原因 4.【顶刊综述】金属增材制造过程中多尺度缺陷对性能的影响及控制方法

根据《Wohlers Report 2022》，上一年能够提供聚合物3D打印的服务商数量合计占比达到了惊人的88.7%，因此可见聚合物3D打印是整个增材制造市场的重要组成部分。聚合物材料的3D打印工艺很多，从熔融沉积、选择性激光烧结、粘结剂喷射到立体光刻等，专业级和工业级3D打印设备在应用端正在发挥巨大作用。 本期，3D打印技术参考精选了行业内知名企业在本领域推出的新设备，涉及多种成型工艺，覆盖航空航天、医疗、汽车、船舶、轨道交通等多个行业应用。 1.华曙高科——大尺寸、多激光高分子光纤激光烧结3D打印系统 华曙高科创新的高分子光纤激光烧结技术Flight自问世以来，以超高效率、超高精度吸引了海内外客户的高度关注。2022年，华曙高科发布了基于Flight技术的大尺寸、多激光高分子光纤激光烧结增材制造系统Flight HT1001P系列，该产品主要面向大型产品的一体化成型和小型产品的批量化生产应用场景。 Flight HT1001P系列采用了华曙高科自研的高分子光纤激光烧结Flight技术及滚筒铺粉方式，以2或4个光纤激光器作为烧结能量源，并具有独特的激光器排布和扫描策略，使得成型效率比Flight单激光大幅提升，成就了令人惊叹的打印效率。该系统具有行业领先的1000×500×450mm的成型缸，轻松驾驭大型工件一体成型和中小型工件的批量生产。多区独立温控，单个区域温度独立可调，全幅面温度均匀，温差<3℃，保证成品表面质量及不同区域产品质量的一致性。具有连续生产能力，可实现全自动化生产，无需人工操作实现工作包切换打印。全密闭清粉，减少粉末与人员接触，提升安全、环保性能。 应用场景：航空航天、汽车、3C电子电器等行业超大尺寸工件的一体成型生产、中小尺寸工件的规模批量生产。 2.酷鹰科技——大尺寸增减材一体机+机械臂大尺寸非金属3D打印设备 酷鹰科技专注于工业级大尺寸非金属增材制造，最大可实现10米级工件一体化生产。2022年，该公司新推出了BGAM-H0202A五轴增减材一体机以及BRAM-P300E机械臂大尺寸非金属3D打印设备。 BGAM-H0202A五轴增减材一体机是上海酷鹰科技有限公司自主研发的采用熔粒构造成型技术（FGF）与五轴数控加工技术相结合的一款低成本大尺寸工业级增减材一体化设备。设备成型尺寸可达2m x 2m x 1.5m，具有单龙门双滑枕结构，一个滑枕安装3D打印挤出头，一个滑枕安装五轴加工头，可以支持分时3D打印及CNC加工。设备具有一个固定的龙门架和一个可移动的打印床，可以在打印零件时沿着打印床拉动打印件。标配K20（20KG/H）打印头，最高可选配K50（50KG/H）打印头。搭载自主研发的高频拍打整形技术，可实现大尺寸构件的一体成型。 BRAM-P300E是上海酷鹰科技有限公司推出的一款基于机械臂的大尺寸非金属3D打印设备，设备配备第七行走轴，通过Y方向行程的拓展进一步拓宽打印的灵活性与打印范围，成型尺寸高达5m x 1m x 1.3m。设备标配K10（10kg/h）打印头，最高可选配K20（20kg/h）打印头，并搭载自主研发的高频拍打整形技术，可实现大尺寸构件的一体成型。设备支持ASA-GF,ABS-GF,PC-GF,PC-CF等多款纤维增强热塑性高分子颗粒料，在大尺寸打印中提供了更宽的工艺窗口与更高性价比。 应用场景：BGAM-H0202A五轴增减材一体机可广泛用于各类大尺寸复材模具、热压罐模具、碳纤维模具、工业工具及大型零部件的生产制造。BRAM-P300E机器人增材制造系统可广泛用于各类园林景观小品、城市家具、艺术装置及工业模具的生产制造。 3. 复志科技——Hyper Speed高速升级套装 2022年11月10日，复志科技（Raise3D）宣布在FFF专业级3D打印领域取得突破，推出了针对Pro3系列3D打印机的Hyper Speed高速升级套装，对硬件、切片软件以及耗材进行全面技术革新，以帮助用户实现快速、稳定的批量生产。 Hyper Speed高速模块能将平均打印速度由50-60mm/s提高到200mm/s左右，整体打印速度将提升至原先的3-4倍。根据从Raise3D公司的信息了解到，尽管目前市场上有很多使用主动消振算法，宣传能达到350mm的最高速度的DIY及消费级产品，但实际由于材料没有达到挤出温度，就被挤出，导致生产良率偏低，并不适合企业用户使用。为此，Raise3D推出了专门针对高速打印设计的HyperSpeed以及HyperCore系列耗材，以及支持高速打印的ideaMaker4.4.0来解决这个问题。 应用场景：可满足小批量生产需求，快速实现原型设计、模型制作、电子元器件外壳、汽车车身等零配件制作等应用。 4. 铼赛智能——高性价比专业齿科3D打印机 Edge E1是一款高性价比的专业齿科3D打印机，更是齿科数字化转型的安心之选。即插即用，产品到手免校准；只需5分钟，即可低成本更换掩膜液晶屏。192 x 120mm打印幅面，±50μm尺寸精度，可在椅旁提供大尺寸、高精度的3D打印齿科应用制造服务。即插即用，产品到手免校准；只需5分钟，即可低成本更换掩膜液晶屏。 ShapeCure+用于对打印完的零件做二次固化，以获取更优的零件性能。在 3D 打印过程中，光固化反应不能充分进行，需要利用大功率的专用光固化设备对零件做二次光固化，促使零件充分完成光化学反应。经过二次固化的零件性能更强，尺寸也更稳定。ShapeCure+可固化直径440×400mm的零件，395nm 阵列式 LED可替换式灯管，为零件固化提供保障。 应用场景：可广泛用于修复模型、种植模型、正畸模型、种植导板、临时牙桥冠、基托等20+种应用。 5.一迈智能——工业级、大尺寸、高性能聚合物3D打印机 一迈智能于2022年推出了SPAC HT 920和FAST JET 1500两款工业级高性能聚合物3D打印机。 SPAC HT 920具有920*620*920mm的超大构建尺寸，打印温度高达500℃，腔体温度220℃，热床温度300℃，优异且稳定的温度条件为打印大幅面高性能制件创造了基础。为避免材料受潮带来的打印性能下降甚至失败，SPAC HT 920的料仓温度达到了150℃，导料管也具备气体干燥功能，是超高性能材料的专用3D打印机，支持纤维增强材料。该设备还具备最高6Kg的自动补料功能，打印过程不需等待也不需人工参与，减少外在因素导致的打印失败，2号头的支撑材料仓也是如此。 FAST JET 1500可以直接使用颗粒料，挤出温度达500℃，采用三段式挤出温控系统、封闭式保温腔体，能支持市场上绝大部分的热塑性颗粒料，包括PEEK，PEKK等高性能材料。拥有1.5×1.5×1.5米的成型尺寸，内置25kg可烘干料斗，采用自主开发的6轴控制系统及10英寸全彩触控屏，具备远端自动上料的功能。用户可远程控制烘烤干燥材料，上传G代码文件，定时打印，并且可以远程监控观察打印进程。 应用场景：广泛应用于航空航天、船舶制造、轨道交通、风力发电、汽车制造、艺术家居及建筑景观等行业领域。 6. 联泰科技——面曝光3D打印机 联泰科技今年推出了基于面曝光技术AHEC（Adjustable HighEnergy Control）的3D打印机——Martrix 190以及大幅面DLP3D打印机Cute380。 AHEC是基于高能量密度自适应可调节打印的一项3D打印技术，Martrix 190在此种技术支撑下，通过机身自带的高功率LED芯片、高透曝光屏以及优质散热系统，可将光源的能量密度发挥到卓越的地步。此项技术还可实现UV光率的可调节性，调节范围高达20%-100%。适度调低功率，在延长光学系统使用寿命上功不可没。另外AHEC技术还能保证光学均匀度遥遥领先于业内，光束准直度高达2°以内。这款设备拥有精密的光学结构，光的能量密度高达6 mW/cm²，且光的均匀性可达90%以上，能够保证打印成品边缘锐利度以及微小细节的体现。 △左右滑动查看更多 Cute380采用工业级4K光机，打印尺寸384×216×300mm。二十年精工品质，该设备配备工业级光学核心及双导轨高精度滚珠丝杆，实现全幅面偏差＜50μm，光强均匀性大于98%，轻松实现满版及堆叠打印。Cute380拥有智能大平面识别功能，确保每一处的打印精细，支持20倍抗锯齿功能，打印成像清晰分明。Cute 380赋能不同场景智慧升级，在适合小型工作室和工业生产环境下使用，可实现60微米级别表面细节。智能顶配，搭载工业级AI智能算法，融汇多路传感系统，从精度、效率、性能等多个维度重新定义3D打印。 应用场景：Martrix 190适用于工业制造、文创动漫、齿科正畸、珠宝首饰、消费电子、医疗等全行业应用；Cute 380则适用于工业制造、医疗、口腔修复、文创设计、电子电器等全行业应用。 7. 远铸智能——FUNMAT PRO…

当前主流的树脂3D打印工艺，如DLP、SLA等，通常只能成形单一材料。作为智能制造的一种手段，3D打印如能在一次成形过程中制造出多材料部件，无疑能够赋予其不同的属性和功能。3D打印技术参考注意到，2022年12月24日，南方科技大学葛锜副教授课题组在自然通讯杂志公布了一种采用离心式DLP实现多树脂材料3D打印的研究，本文接下来将介绍该工艺。 采用DLP 3D打印多材料无疑需要多个树脂槽，但打印基台从一种树脂更换至另一种树脂时，零件底部会残留上一种树脂。南科大所开发的离心式DLP，是在零件切换材料时，使用高速旋转实现上一种材料的无残留。借助这种方式，研究人员可以制造180×130mm的大体积异质3D结构，并能够对零件组成、属性和功能进行体素尺度的编程。该工艺可以打印水凝胶、弹性体、刚性聚合物甚至陶瓷，其在数字材料、软机器人和陶瓷设备制造领域具有卓越能力。 研究人员借助所开发的3D打印机及其程序，成功制造了大体积八位组桁架结构（155×108×57mm），其中白色和黑色单元在空间中交替排列。所开发的离心式3D打印系统能够在多材料切换过程中实现近乎零的材料污染，从而可以清晰打印白色和黑色单元。 它可以打印两种以上的材料，研究人员提出了一种由四种颜色组成的八位组桁架结构，其中白色、黑色、浅绿色和透明单元层从底部堆叠，四种颜色的单元交替放置在顶层。放大的图像证实了不同材料之间的过渡是清晰的，并且没有发现明显的材料污染。更重要的是，离心式3D打印系统适用于打印具有不同特性和功能的各种材料。 其展示了3D打印的血管系统，红色血管嵌入透明水凝胶基质中，随着时间的推移，血管中的红色“血液”逐渐扩散到基质中。 3D打印的开尔文泡沫结构，其中一个软聚合物层被两个硬聚合物层夹在中间。 3D打印的Miura折纸板，硬聚合物面板通过形状记忆聚合物铰链连接，允许将平面 Miura 折纸板编程为3D形状。 基于该系统，允许打印陶瓷和聚合物组成的异质3D结构。研究人员通过将陶瓷颗粒混合到丙烯酸酯树脂中来制备陶瓷树脂，丙烯酸酯树脂在3D打印过程中转化为固体陶瓷生坯，可以与丙烯酸酯弹性体部件形成牢固的界面结合。利用陶瓷生坯和弹性体之间的强界面结合，研究人员打印具有悬垂部分的复杂陶瓷结构。研究人员还制造了一个叶轮，使用打印的陶瓷轴承连接金属轴和叶轮。由于陶瓷轴承的低摩擦力，叶轮可以高速旋转。高耐热性使陶瓷轴承能够在650 °C下工作，其低导热性可防止轴过热。 就原理而言，研究人员采用下曝光DLP 3D打印系统，在打印平台和UV投影仪之间，有一个玻璃板，支撑两个或多个聚合物树脂容器并水平移动来输送相应切片所需的树脂。为去除多材料切换期间粘附在打印部件上的残留树脂，研究团队添加了一个旋转电机来旋转打印平台，同时配备了残余树脂接收平台。以打印两种材料的八位组桁架为例，零件从黑色树脂中抬起后，可以清楚的看到黑色残留树脂粘附在打印部分上。此时零件被抬起，残余树脂接收平台运动至打印平台处，旋转电机带动打印平台旋转，去除残留树脂，之后继续打印完成白色部分。 总的来说，南科大的研究人员展示了一种基于DLP的多材料3D打印方法，它不仅可以将多种树脂材料集成为功能部件，还能够制造功能性陶瓷部件，具有卓越的应用潜力。 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.为特殊金属和特种陶瓷开辟一种可行的3D打印解决方案 2.金属+陶瓷 | 一种基于烧结，可实现多材料3D打印一体成形的方法 3.「理光」欲将粘结剂喷射金属3D打印用于铝合金散热器制造 4.盘点：2022年值得关注的3D打印新材料、新工艺和新应用突破

并不是所有材料都适合于3D打印，受限于多种因素，材料对工艺也非常挑剔。 如金、银、铜高反射金属，对传统SLM金属3D打印设备所使用的激光波段的吸收率极低，在成形过程中存在极大困难； 对于钼、钨、钽等难熔金属，传统激光达到其熔点也并不容易； 而对于具有熔点相差较大元素组成的合金材料，如钨合金、黄铜等，由于各元素饱和蒸气压不同，基于粉末床的激光3D打印仍然难以保证合金中各成分的可控性。 总而言之，高反射金属、难熔金属、元素熔点差异大的合金，采用主流的金属3D打印设备并没有其他材料那般易于使用，从而为其应用造成了重要障碍。陶瓷也是一样，虽然当前已经有很多工艺可以成形，但也有开拓的空间。本文内容，所介绍的就是一条可行的、针对难成形材料的另一条解决途径——基于烧结的挤出3D打印技术。 特殊金属和陶瓷的可行3D打印技术 基于挤出的金属打印技术采用金属线材、粉末以及棒材作为成型材料，这种成型材料采用金属粉末和粘结剂混合而成，虽然机器原理与高分子材料FDM系统非常相似，但关键的区别在于打印头以及后处理环节。金属机的挤出喷嘴具有施加金属材料的特定属性，首先打印出零件的生坯，然后通过烧结，制造出具有高致密度的零件。国际知名品牌Markforged、Desktop Metal均拥有代表性的产品。国内方面，升华三维专注于采用挤出技术实现业内难成形材料的3D打印，其推出有基于颗粒料挤出的3D打印设备、材料以及工艺。 其所开发的粉末挤出打印技术（Powder Extrusion printing，PEP），对原始粉末的球形度和流动性没有严格要求，通过将混合有金属粉末和聚合物粘结剂的颗粒料加热成熔融膏状流体，并将其逐层沉积来生产生坯，后经脱脂和烧结后可形成具有所需结构和高性能的合金零件。 基于该工艺，升华三维相继开发出了适配于PEP工艺的材料，如不锈钢、铜及铜合金、钨及钨合金、高温合金、硬质合金、难熔金属等金属材料，氧化锆、氧化铝、碳化硅、生物陶瓷等陶瓷材料，为解决特殊金属和特种陶瓷材料制造加工难等问题开辟了3D打印解决方案。 钨合金挤出3D打印技术应用潜力 钨因其良好的热机械性能（如高熔点、高密度、高导热性和适度的热膨胀）而成为高温应用的首选材料，然而它的广泛优点也成为其难以加工的原因。除此之外，它的高硬度和极高的熔点，也使其成为难以攻克的3D打印材料。钨合金颗粒料升华三维基于挤出技术成功攻克其难点，自主研发了一种金属聚合物复合材料UPGM-96WNIFE钨合金颗粒料，粒径在8-14目。利用热融挤出系统有效实现了对材料的一体化成形控制。采用打印与脱脂烧结分开的工艺模式，不仅缩短了制备周期，并且很好地解决钨材料加工中极易出现的变形、裂痕、夹心等问题。挤出技术在钨等难熔金属3D打印领域的核心竞争力突出，能够满足轻量化、提升强度、耐用性和节省成本等多方面的需求。如有中空或多孔结构，并且不能直接切割的零部件采用传统方法很难制造出来，而利用挤出技术不仅可以解决钨在传统制造技术难以解决的复杂结构零件加工问题，还为解决我国在航空航天、汽车、船舶、能源、化工、医疗等制造业领域的复杂结构、减重设计及加工制造等问题提供一种新途径。 纯铜挤出3D打印技术应用潜力 纯铜具有广泛的用途，也是备受关注的3D打印材料，其在导电器件、散热器、随形冷却模具制造领域具有重要应用价值。但同时也由于铜导热性和反射性高的属性，纯铜和铜金属在金属3D打印技术中往往会反射激光束，导致成形效率低，冶金质量难以控制，使得打印的铜零件质量不佳。因此，铜也极难使用基于激光的3D打印系统来加工。 铜打印样品（来源:升华三维）为了获得高致密度或高导电导热纯铜制件，升华三维基于挤出工艺开发出的纯铜颗粒料UPGM-CU是一种金属聚合物复合材料，呈紫红色，粒径在8-14目的近球形颗粒。挤出技术不需要高能激光束，巧妙地避开了铜打印过程中的高导热、高反射问题，以间接3D打印的方式完美驾驭纯铜材料，克服了纯铜材料3D打印制造的挑战。升华三维利用挤出3D打印，创建了高度集成、复杂、贴合零部件表面的随形冷却通道，打印出结构紧凑、流体通道复杂、重量轻，尺寸小、效率高的产品零部件，实现了高性能纯铜组件制造的新突破。采用该技术可以用于热交换器、散热器和电感应器的产品开发。 SiC陶瓷挤出3D打印技术应用潜力 碳化硅陶瓷一直是特种陶瓷3D打印技术进一步拓展的挑战之一，因为其在成型过程中会出现缺陷，如气孔、裂纹、不均一性等，成型陶瓷器件难以抵抗脆性断裂，极大地限制了其机械性能。而复杂几何形状的碳化硅陶瓷构件往往难以用传统的加工技术制造，这在很大程度上制约了复杂结构碳化硅陶瓷的应用。 基于挤出技术的优势，升华三维开发出了碳化硅颗粒料，是一种陶瓷聚合物复合材料，呈灰色，粒径在8-14目的近球形颗粒。并已实现了碳化硅陶瓷复杂结构部件的大尺寸、轻量化、一体化制备，且成功将碳化硅陶瓷制备商业化，为生产高性能碳化硅陶瓷零件打开了大门。 碳化硅样品（来源:升华三维）2021年，上海硅酸盐研究所在升华三维订购了一套大尺寸独立双喷嘴打印机UPS-556系统，由此展开的高性能结构陶瓷和陶瓷基复合材料等应用的研究并取得进展。利用挤出技术特有的低温成形，高温成性这一特性，将热加工过程转移到烧结步骤，这使得更容易管理热应力，因烧结温度低于其他类型的直接3D打印工艺中所需的完全熔化温度，并且热量可以更均匀地施加，从而确保了产品性能的一致性，成功制备了碳化硅陶瓷光学元件等高附加值组件，获得广泛关注。 上海硅酸盐研究所利用UPS-556成功制备的碳化硅陶瓷光学元件及其性能 （*相关资料及数据来自研究团队已公开专利）END升华三维作为目前国内具备金属/陶瓷材料开发制备、金属/陶瓷3D打印机研发生产、切片软件开发到3D打印工艺、脱脂及烧结工艺一整套金属/陶瓷间接3D打印工艺链及解决方案的供应商。一直致力于面向解决金属·陶瓷传统制造工艺无法制造的难题，积极贯通金属/陶瓷制造全链条、全流程、全配套的高附加值服务。基于升华三维搭载的系统性软件与控制方法，可根据客户产品开发需求进行多晶格结构的设计与填充制造，快速落地应用。 该工艺为科研教育、工业制造、航天航空、军事国防、生物医疗、汽车、模具制造、新能源等领域智能制造提供了新的可行3D打印解决方案。 注：本文内容为升华三维授权发布。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.主流3D打印工艺制备SiC陶瓷的优缺点及国产方案带来的新突破 2.钨金属的不同3D打印工艺，优势互补、潜力无限 3.「理光」欲将粘结剂喷射金属3D打印用于铝合金散热器制造 4.2022年 | 国内外20余款重量级金属3D打印新设备看点