晶格结构，作为无间隙的填充空间单元，通过重复形状的图案发展而来，因其在工程应用中展现出的减重潜力及高强度重量比而备受瞩目。在晶格结构这一概念引入之前，还有蜂窝及开孔和闭孔泡沫材料，均被称之为蜂窝结构。然而，晶格结构与泡沫和蜂窝结构在单元细胞的类型、形状、尺寸及性质上存在显著差异。 在泡沫结构中，单元形状随机，其单元壁在空间中的方向亦无固定规律。有研究对金属泡沫给出了更明确的定义，指出其孔隙率在40%至98%之间。金属泡沫作为一种广泛存在的蜂窝结构类型，其实例广泛存在于诸如软木、松质骨和木材等材料中。 (a) 泡沫结构(b) 蜂窝结构 (c) 负泊松比结构(d) 晶格结构 (e) 周期性晶格结构(f) 按单元尺寸渐变(g) 按晶格厚度渐变(h) 共形晶格(i) 随机晶格结构(j) 混合晶格 相反，蜂窝结构以其挤压成型的单元为特征，这些单元形状统一且大小相同。基于二维平面上重复的单元形状可以被分类为四面体、三棱柱、四棱柱、六棱柱等。目前，负泊松比结构的蜂窝结构子类引起了广泛关注。与传统蜂窝结构相比，这些结构在拉伸方向上会横向扩展，从而增加了其剪切模量、断裂刚度和抗凹痕能力。 Nature-inspired 3D printing-based double-graded aerospace negative Poisson’s ratio metastructure: Design, Fabrication, Investigation, optimization 另一方面，晶格结构是通过在空间中排列具有边和面的单元细胞而形成的建筑配置。基于三维设计空间中单元细胞的排列方式，晶格结构可进一步细分为周期性结构和伪周期性晶格结构。 在周期性结构中，单元以不改变其特性的方式排列。而在伪周期性晶格结构中，单元的特性（如类型、大小和厚度）会发生变化。这种单元的大小和厚度的变化分别被称为按大小梯度和按厚度梯度。按大小梯度涉及一种复制模式，其中单元的大小沿指定方向逐渐变化，而元素的厚度保持不变。相反，在按厚度梯度中，单元大小保持不变，但元素的厚度会发生变化。此外，梯度还可以通过改变细胞大小、类型和厚度来获得。 共形晶格结构 共形晶格结构的特点是其细胞在长度和形状上发生非均匀变化，使得复制模式能够跟随部件的边界。此外，随机模式，也称为随机晶格结构，其特征在于细胞或支柱以周期性模式排列，但在大小、形状和方向上存在随机变化。这种结构不应与随机泡沫相混淆，随机泡沫由分布在固体基质中的不规则形状的单元或空隙组成。另一类晶格结构是混合晶格结构，其中不同类型的单元被排列以获得特定的性能。 此外，有文献还概述了增材制造中常用的不同类型单元拓扑结构，包括基于支柱和基于表面的晶格结构。在基于支柱的结构中，如广泛讨论的参考文献所述，位于单元细胞顶点或边缘（有时也位于细胞内部）的节点通过薄而直的元件连接，这些元件通常被称为支柱或横梁。这些单元细胞具有实心和空心桁架变体，具有多种细胞形状，包括简单立方、体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和八角形桁架等。关于基于表面的单元，可以区分基于平板的晶格和三重周期最小表面（TPMS）细胞。基于平板的晶格由二维平面层组成，这些层组合起来形成三维对象。在3D打印中常用的平面结构包括可能具有六边形或三角形单元细胞的晶格。与基于横梁的晶格相比，它们通常更坚硬，但重量更大且难以打印。 基于支柱和表面的单元 另一方面，三重周期最小表面（TPMS）单元因其边界表面在每一点上都具有零平均曲率而受到广泛关注，这种设计灵感来源于生物结构。由于其几何特性能够实现与表面相关的各种性能，如可制造性、流体渗透性、电导率和热导率，因此它们作为功能梯度结构具有重要意义。TPMS是数学上定义的非自相交表面，它们形成周期性的三维图案，并局部最小化表面积。这些表面将体积划分为单个连通组件，并可以使用基于谐波函数的水平集技术来创建。 希禾增材TPMS晶格铜合金3D打印产品 TPMS结构主要分为片材TPMS和骨架TPMS。在片材TPMS中，表面被加厚以形成固体结构；而在骨架TPMS中，TPMS分隔的体积被填充以创建固体结构。这些结构没有节点和曲率不连续，从而减少了应力集中并增强了强度。 #3D打印 #超材料 #梯度材料 #晶格结构

2026年2月11日，方醍技术与南洋理工大学的联合研发项目，获得了新加坡 NAMIC (国家增材制造创新集群) 的基金支持。该项目旨在研发用于人形机器人关节和传动系统的复合材料，材料基于“碳纤维+聚苯硫醚（PPS）”体系，并适用于选择性激光烧结 (SLS) 3D打印技术。 (从左至右：岑志伟 新加坡3D打印中心商业发展与创新助理总监；白渊斌 方醍创始人兼CEO；周美辛 新加坡3D打印中心研究员；王宏轩 南洋理工大学博士) 碳纤维+聚苯硫醚（PPS）是一个更贴近实际应用的解决方案。与当前机器人常用的聚醚醚酮（PEEK）相比，二者都具备高强度、耐高温、耐摩擦、耐腐蚀的优秀特性。不同之处在于，前者在量产的效率和质量方面有显著的优势。该方案不仅减少零部件数量、降低开发与量产成本，还可显著提升产品迭代速度，在人形机器人产业中展现出极强的应用潜力。 马斯克用PEEK替代金属，通过轻量化设计提升人形机器人的运动效率与续航能力，这对产品实用性具有重要意义，”方醍创始人兼CEO白渊斌表示，“我们认同其技术方向，但认为材料选择尚有更优解。PEEK处于高性能材料的顶端，在价格和性能上都处于高位，而人形机器人的目标是普及至千家万户，二者定位存在落差，大众化产品需要更具性价比的材料方案。因此，我们选择以 Rytexint™ PPS作为切入点，结合南洋理工团队在应用技术方面的深厚积累，共同加速推动人形机器人的产业化进程。” 本项目的合作方为南洋理工大学周琨教授课题组。课题组依托于惠普–南洋理工大学数字制造联合实验室与新加坡3D打印中心，致力于推动先进制造技术的研究与产业化。课题组以“材料–结构–工艺一体化创新”为核心理念，积极探索面向航空航天、汽车、医疗与智能制造等领域的前沿解决方案，致力于打造国际领先的数字制造研究与应用平台。 项目方情况介绍 本项目由南洋理工大学新加坡3D打印中心研究员周美辛博士担任执行负责人。周博士专注于高分子粉末床熔融增材制造领域，拥有丰富的科研与产业化经验。她曾主导多项与法国阿科玛 (Arkema) 及A*STAR新加坡制造技术研究所 (SIMTech) 的合作项目，聚焦可用于3D打印的功能性聚合物及复合材料的制备与性能优化。她的研究方向涵盖聚合物粉末设计、SLS工艺优化及机器学习辅助材料开发，致力于推动“材料–工艺–性能”一体化的智能制造解决方案。 新加坡NAMIC (国家增材制造创新集群) 是当地为引领制造业数字化转型而设立的国家级机构。它由新加坡科技研究局领导，核心使命是推动增材制造技术的创新、应用与商业化。通过联合产业界、学术界与科研机构，NAMIC构建了一个协同创新生态系统，为企业提供从技术开发、可行性验证到规模化生产的全方位支持。其目标是加速先进制造技术在新加坡工业领域的落地，提升本地企业的全球竞争力，从而将新加坡打造为数字制造时代的全球创新枢纽。 方醍技术团队 方醍技术 (Fluxo Technologies) 是一家技术创新企业，专注于提供先进材料和敏捷制造的解决方案。公司由清华x-lab和新加坡SMU联合孵化，同时在中国和海外运营。 凭借对市场的深刻洞察与前沿技术整合能力，方醍致力于通过材料、设备、工艺和软件系统的综合创新，为行业创新者与颠覆者提供领先的生产力解决方案，助力产业伙伴成为未来市场的引领者。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

3D打印技术参考注意到，哈佛大学近日在软体机器人3D打印开发方面取得最新进展，这不禁让笔者想起小鹏发布的IRON人形机器人，后者使用了3D打印的高性能聚合物晶格结构作为仿生肌肉。 此次的突破在于，哈佛通过旋转多材料3D打印方法，可直接制造出能够编程运动轨迹的软机器人，其驱动逻辑、形变能力和执行功能，在打印完成时已经直接内置于材料结构中，无需后续组装或集成传动，实现了“设计即功能”的目标。 旋转多材料3D打印两次登顶Nature正刊 哈佛所开发的旋转多材料3D打印技术曾经分别于2019年和2023年两次登顶Nature正刊，可见该技术的创新性不仅得到了学术界的广泛认可，而且在不断发展。 旋转多材料3D打印平台的打印头配备四个墨盒，每个墨盒可以包含不同材料。然后将油墨送入一个复杂喷嘴，该喷嘴允许同时打印多种材料。当喷嘴旋转和平移时，油墨以螺旋细丝的形式挤出，为后续复杂功能结构的打印奠定了基础。 RM-3DP技术的多种墨水可以不同旋转速率同时挤出复杂喷嘴，可以打印出具有空间性质和亚体素层面的软材料。目前，RM-3DP已被用于制造螺旋介电弹性体执行器和具有局部可调力学性能的结构复合材料。类似方法结合多材料喷嘴旋转与流速调整，生成具有可调节膨胀行为的水凝胶复合材料。 最新研究：材料融合与结构形成 最新研究使用了两种材料——可光聚聚氨酯丙烯酸酯树脂和温敏水凝胶，它可以在同一时间、单一喷嘴中的挤出的单一形状中融合两种材料组成的两种结构，这读起来非常拗口。 单一性状包含两种结构，是因为其中一种材料为牺牲材料，可通过温度控制发生溶解流出，从而在结构内部形成气动空腔。 具体地说，外层的聚氨酯在紫外光下迅速固化后形成坚固柔性外壳，构成机器人的主题；而聚合物凝胶则填充了充当内部通道的空间，打印完成后经冲洗即可出现空腔。相当于在打印过程中同时完成了结构构型和内置管道雕刻两个步骤。 功能实现：气动驱动与可编程形变 内部空腔的形成将被动结构转化为主动执行器，其工作原理与人体肌肉类似：气压或流体压力会使结构按预定方式变形。 通过控制打印参数，包括喷嘴的旋转和物料流速，可精确控制内部通道的位置、大小和几何形状，由于空腔被设计为非对称分布，因此在充气时并不会呈现均匀形变，从而驱动结构向预定方向弯曲和扭转。 研究人员展示了通过RM-3DP快速设计和制造带有非对称气动系统的软机器人。他们首先生成了一维软机器人丝，并通过力和曲率测量表征其力学，验证计算建模。接着展示了可以制造出1D、2D和2.5D软机器人，这些机器人经过形状变迁到三维图案。作为最后的演示，利用了一种连续的丝状打印路径算法，将结构分割成子域，利用连接的费马螺旋生成直接编码扩张应变方向的图像中的打印路径。 作为研究的一部分，该团队打印了两个演示部件：一个是充气后会展开的螺旋形花朵状致动器，另一个是可包裹物体的五指形手形抓取器。这两个部件均采用连续3D打印工艺一次性完成，无需额外组装，这正是RM-3D打印技术的特点。 对机器人制造的重新定义 对比小鹏的IRON的晶格肌肉，这种3D打印的晶格是一种结构仿生，它优化了力的传递效率，减少机械感，让机器人的动作自然流畅，但其依然依赖外部电机和刚性连杆。而哈佛最新演示的技术则是“结构-驱动一体仿生”，材料自身就是驱动器，更接近生物肌肉收缩即运动的原理。 这项技术该如何应用于当前的机器人技术？它或许能够为人形机器人灵巧手、自适应蒙皮和柔性关节制造提供新的解决方案。使机器人能够更接近生物的柔顺性、安全性和环境适应性。 软机器人的快速设计和制造在形状变形、驱动和可穿戴设备方面日益受到关注。总的来说，这项研究介绍了一种简便的制造方法，可以制造出具有可预测、可编程运动的软体机器人，并将编码运动直接写入材料中。主要作者威尔特说道，“我们的目标是为各种应用创造柔软的仿生机器人。” 推荐阅读：Rotational Multimaterial 3D Printing of Soft Robotic Matter With Embedded Asymmetrical Pneumatics 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

3D打印技术参考注意到，进入2026年后有两则同类型的重要消息：1月3日，中国航天科工三院239厂宣布自主研制成功36激光束LPBF金属3D打印装备；1月24日，中国航天科工三院159厂宣布成功研制出60激光束、成形尺寸2m×2m×3m的超大尺寸粉末床熔融LPBF金属3D打印装备。 除上述两家用户单位外，镭明激光也于去年宣布推出搭载56束激光，成形空间达2m×2m×2.7m的该类型装备。需要指出的是，无论是36束、56束还是60束激光，无论是2米还是3米，几乎只有中国团队公开在从事如此级别的研究工作。 这体现出国内团队在该领域的大胆想象力，充分挖掘激光3D打印技术颠覆传统制造流程潜力的积极性，以及我国从追赶技术到发展技术再到引领技术进步的特色之路。 同时，两家用户单位的连续发布也表达出一个强烈信号——我国航空航天领域对大尺寸、高效率、低成本金属3D打印的需求已进入新阶段。 镭明激光LiM-X2000H+设备55激光打印过程 需要克服的困难有哪些 超多激光、超大幅面LPBF金属3D打印技术如实现高质量、高效率3D打印须解决多重困难。 ➡️ 多激光协同与精度校准 几十束激光在同一时间协同打印同一零件的不同部位，必须确保光斑尺寸、输出功率、焦点位置绝对一致。任何微小的差异都可能会造成打印质量不均衡，这一点解决起来就很困难。笔者注意到，华曙高科在解决多光设备校准这一问题上，特别推出了“一键自动校准”技术，并在1.5米幅面32激光的设备上进行了应用，但其还特别强调校准本身极为困难。 针对该问题，159厂的报道指出，研制团队成功攻克了超多光束高精度搭接与快速校准、激光失效实时补偿问题。 华曙高科推出了一键校准技术 ➡️ 超大幅面下的气流管理问题 大尺寸金属3D打印面临的重要问题还包括烟尘、飞溅的及时“吹走”。气流路径太长，烟尘扩散范围大，越大越难打，越打越脏，是大尺寸金属3D打印面临的严峻问题。EOS旗下AMCM公司于2025年推出了AirSword™气剑技术来解决该问题。 但EOS也没有开发过2米打印幅面的装备，能否在保证吹走飞溅和烟尘的同时尽量减少粉末被吹走是一个问题。159厂的报道指出，其团队已经攻克超大幅面移动风场设计。根据笔者对国外同行公司相关技术的查询，这是一项气流“追逐”激光跑的技术，确有更好的打印环境净化能力（已完成解析，后续发布）。 AMCM AirSword™气剑技术 ➡️ 超重载高精度运动 以密度较低的铝合金粉末为例，其粒度范围为15-53，以2m×2m×3m的容积，如打印满缸零件，最终机械结构须承载的粉末重量可能达到18吨。且Z轴方向高达3米，在数米的行程中实现微米级的定位精度和重复定位精度是一项极限考验。此外，如此大幅面或不会采用双缸形制，如何实现高质量铺粉也是极大挑战。 对此，研制单位表示已经攻克超重载高精度多级提升、超大尺寸装备高精度装配、超大幅面高效铺粉技术。 华曙高科大型大型超音速氢冷预冷却器演示样件 ➡️ 超大幅面制造下的质量监控 金属3D打印本身的质量监控就是难点，而对于如此巨大幅面的质量控制，难度增加更不止一个档次，这里讲述一个国外同行的分析。 Velo3D的Sapphire系列设备被美国国防格外重视，但有报道指出，国防用户通常不太关注细节分辨率，而更注重不同机器、批次和地点之间结果的一致性。这意味着要重视重复生产的理念，以及其逐层原位过程监控技术。 铂力特16激光设备运行过程 在超大幅面、数十束激光同步工作的场景中，需要对数十个熔池进行同步、高速、高分辨率在线监测，并适时处理海量数据预测缺陷，这确实是极大的挑战。 面对这种情况，AI技术已经被该技术领域所关注。在国内，铂力特就2025年宣布推出了由人工智能驱动的金属3D打印质量和风险评估系统，它能够精准识别缺陷并能实时提供反馈。 铂力特基于AI的质量监控系统 为实现如此大型的激光粉末床熔融3D打印机高效、稳定运行，159厂攻克了巨量粉末快速清理技术，共7项关键难题，累计申请专利20余项。 该装备的成功研制，在成形尺寸与激光光束数量两大核心指标上同时取得重大突破，标志着我国在高端大型增材制造装备领域跻身世界前列。 制造潜力远不止“更大更快” 无论60激光还是36束激光，大型粉末床熔融增材制造装备的研制，如能高质量、高效、稳定实现运行，便已具备国之重器的价值。 它的直接意义在于，可进一步释放3D打印技术一体化制造的想象力，实现超大型整体构件的制造模式。传统上，如火箭贮箱箱底、整体式翼梁、一体化机身框架、大型天线支架等的大型零件，或依赖万吨级重型锻压机，或需要使用数十、数百个零件通过螺栓或焊接连接，导致结构冗余、重量难减、制造周期长。而两米级LPBF金属3D打印机，则为这些超大型零件带来了新的解决方案，同时也为产品设计和装备升级带来了更多想象空间。 159厂报道也指出，该装备为我国航空航天等领域超大型复杂金属构件的整体成形提供了先进制造手段。其高效率、高精度的成形能力，有望显著提升相关产品的研发和制造效能，为我国高端装备自主制造能力的跨越式提升注入核心动力。 想象力不断被打破，正是金属3D打印技术发展的重要特点。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

商业航天正在成为我国3D打印行业实现进一步增长的重要引擎之一。最新的市场报告指出，2025年中国商业航天市场规模将突破2.8万亿元，3D打印很明显将获益颇多。 在商业航天火箭发动机制造方面，动辄80%以上组件使用3D打印制造已经是普遍现象；作为该领域另一重要组成部分的卫星制造也在释放需求。2025年底4.5亿元“梁溪星座”3D打印卫星制造项目的公开招标，超20万颗低轨卫星频轨资源的申报也让该细分领域的3D打印技术应用迎来重大发展机遇。 航天领域3D打印需求明显复苏 据财联社1月31日的报道，随着下游航天业务需求转旺，国内3D打印设备销售明显放量。国内一家金属3D打印设备商表示，从2025年航空航天领域部分项目的招投标结果来看，行业需求较前两年已明显复苏，下游客户对轻量化的要求也在持续提高。 这两个领域对3D打印技术的重大需求，不仅带动设备端市场的增长，同时也将带来对高端金属3D打印粉末的需求。在这两个领域，常用的金属3D打印材料包括高温合金、钛合金以及铝合金等。在前不久举办的北京国际商业航天展，金源智能，就展示了其面向商业航天的金属3D打印材料解决方案。 高温合金粉末及性能数据 高温合金广泛应用于高温氧化、疲劳、蠕变、高温和磨损等极端工况。在航天领域，3D打印的高温合金已经被用于制造发动机涡轮盘、涡轮叶片、燃烧室、喷油器、喷管以及热防护结构件。 材料的质量是影响产品性能的重要指标。金源智能围绕应用场景的核心需求，创新采用EIGA（电极感应气雾化）工艺，实现了高温合金在成分均匀性与物性稳定性方面的双重突破。 金源智能推出的高温合金粉末性能 该工艺在制粉过程中无需坩埚承载，能有效降低熔体污染风险，实现对合金成分的精准调控；通过对粒径分布精细调节，粉末产品可灵活适配多种先进成型工艺需求。相较传统VIGA工艺，前者在球形度、空心率、氧含量与流动性等关键指标上表现更优，物理性能更加稳定可控，适用于多类型高端装备制造场景。 金源智能3D打印高温合金粉末产品覆盖了GH4099、GH4169、GH3536、GH3625、GH5188等关键型号，为核心部件的制造提供了材料保障。 钛合金粉末及先进制粉工艺 钛合金因为重量轻、强度高、耐高/低温的特点，是航空航天领域应用最广泛的金属3D打印材料。在商业航天领域，3D打印钛合金可谓大有可为，它不仅可以制造贮箱等火箭发动机及卫星零件，也可制造栅格舵这样的火箭部件，还能制造卫星精密结构件、散热器件等。极大发挥了金属3D打印在复杂结构、一体化、轻量化结构方面的制造能力。 钛及其合金包含五大类合金：α-Ti、近α合金、α+β合金、β合金和钛基金属间化合物。当前应用最广泛的属于α+β型 PA工艺以等离子体高温熔化原料，将其经高速惰性气体雾化冷却成粉，具备能量集中、冷却速率高、气流稳定等优势。金源智能指出，其PA制粉工艺实现了TC4钛合金性能指标的全面提升，形成了差异化的优势： ➡️ 高球形度：球形度稳定在94%以上，粉末表面光洁、无明显粘连，有利于提升成型件致密度，降低局部应力集中风险。 ➡️ 低空心率：空心率≤0.15%，有效减少气孔缺陷，提升成型件整体力学性能与抗疲劳能力，满足高可靠性应用需求。 ➡️ 优流动性：流速≤29s/50g，可实现均匀、稳定铺粉，在提升成型效率的同时保持孔隙结构稳定。 该工艺可有效降低粉体孔隙率与氧化物夹杂含量，显著提升粉末球形度与流动性。 金源智能聚焦钛合金等离子雾化技术研发，超1000天的研发攻关，现已完成等离子雾化装备关键技术全面突破，核心技术达到国际领先水平；PA-JY100型等离子雾化产线已批量投产。 铜合金粉末 铜合金常用于热交换器的制造，但在航天领域也大有用途，例如制造液体火箭发动机的燃烧室。这种高热流环境需要高强度和高导热性的合金，以便有效地冷却高压推进剂或氧化剂作用下的推力室壁。常用的增材制造铜合金包括 GRCop-42、GRCop-84、C18150（Cu-Cr-Zr）、C18200（Cu-Cr）等。 在北京商业航天展会现场，极睿航天就表示采用3D打印技术制造了大尺寸的推力室铜内壁。同时，希禾增材也展示了铜合金3D打印的燃烧室。 END 航空航天增材制造中常用的其它金属材料还包括铝合金、不锈钢、钴合金、耐火合金和钢等金属材料。该领域对金属3D打印技术的需求增长，刺激了整个产业链的发展，尤其是材料这一最大的消耗品。 随着航空航天企业寻求降低生产成本的方法，3D打印提供了一种理想的解决方案。它满足了该行业对轻量化、高性能零部件的持续追求，正在彻底改变航天器部件的生产方式。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

美国能源部下属国家研究机构劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家们最近的一项研究表明，3D打印金属的性能可以在制造过程中进行精确调整。研究团队通过改变打印高熵合金时的激光扫描速度，揭示了冷却速率如何影响金属凝固过程中的原子结构。研究结果表明，无需进行后处理或合金重新设计，即可通过工艺参数直接调整材料性能。 研究结果直接解决了金属3D打印材料性能不确定造成的主要应用障碍，有助于这项技术获得更广泛的应用。 金属增材制造可预测面临的挑战 金属增材制造技术虽然能够制造用于航空航天和国防领域的复杂形状部件，但由于材料性能难以预测，因此仍旧难以被大胆用于对性能要求高的关键应用中。打印过程中快速的熔化和凝固会形成非平衡的微观结构，即使在相同的标准工艺参数下，也会导致强度、延展性和断裂韧性出现显著差异。 劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）指出，高熵合金包含多种主要元素而非单一基体金属，因此比传统合金具有更广阔的设计空间。其复杂的化学成分使其能够展现出广泛的力学性能，但也使其对打印过程中的热历史高度敏感。因此，冷却速率的微小差异就可能显著改变原子排列和最终性能，进一步加剧了可预测性的挑战。 马萨诸塞大学团队制备出兼具超强强度和高延展性的高性能纳米结构合金 利用激光速度对原子结构进行编程 为了研究工艺参数如何影响材料性能，由LLNL领导的研究团队将热力学建模与金属增材制造的分子动力学模拟相结合。研究人员分析了激光扫描速度如何影响凝固过程中的冷却速率，进而影响原子在成分复杂的合金中的排列方式。 结果表明，更快的激光扫描速度会提高冷却速率，从而限制原子重排成低能构型的时间，这使得材料锁定在非平衡原子结构中。较慢的扫描速度则允许更多的原子重排，从而产生更接近热力学平衡的结构。 这种工艺级控制能够直接在同一合金体系内实现强度和延展性之间的调控。快速冷却可提高强度，但会增加脆性；而缓慢冷却则可获得更均衡的力学性能。该方法无需改变合金成分，只需修改单个打印参数即可调整性能。 利用增材制造技术高通量合成Mo-Nb-Ta-W高熵合金 “我们现在已经能够有效地设计出充分利用增材制造特性（例如极快的冷却速度）的新材料，”副组长托马斯·沃辛说道。 不同冷却速率下快速凝固的AlCrFe2Ni2高熵合金的室温截面图（300 K）下，冷却速率分别为10K/ps, 5K/ps，0.1K/ps，0.01K/ps.蓝色、绿色和白色球体分别对应BCC、FCC和非晶原子。中央方框代表初始晶格，作为BCC结构（以蓝色球体表示) 尽管LLNL的研究表明，在金属增材制造过程中，可以通过控制激光扫描速度来影响原子结构，但这些发现是基于高熵合金的热力学建模和分子动力学模拟，尚未在经过认证的大规模零件生产中得到验证。尽管如此，这项工作表明，工艺参数可以作为有意设计的手段来影响材料性能，而不是将微观结构变化视为不可避免的结果。 性能可调控在应用中至关重要 在金属增材制造过程中调整机械性能的能力解决了该领域面临的一个根本性难题：最终用途零件性能的不确定性。在航空航天、国防和能源等领域，工程师无法基于各种可能的材料结果来设计或认证零件。机械性能必须预先确定，才能满足认证、安全和可靠性要求。然而，传统的金属增材制造工艺往往会产生微观结构差异，因为热流的微小变化就可能导致原子结构的巨大差异。 通过增材制造制成的高熵合金 近期的研究反映出学界正努力减少这种不确定性。研究表明，激光粉末床熔融过程中的冷却速率会影响晶粒结构、韧性和耐腐蚀性；而其他研究团队则开发出一些工具，可以通过调整激光功率和扫描策略来预测和影响镍基高温合金的微观结构。这些方法旨在使打印材料的性能与设计意图相符，但通常需要进行大量的参数优化或针对特定合金的调整。 3D打印技术参考查询到，LLNL的这项研究以“Unravelling Microstructure Selection in an Additively Manufactured Eutectic High-Entropy Alloy”为题发表在Advanced Materials。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

3D打印技术参考注意到，空客公司于近日官宣将采用钛合金3D打印技术引领飞机制造行业。其指出，未来客运飞机上的承力和易疲劳部件，将采用增材技术层层制造出来，而不是像以前那样采用减材技术切割下来。多年以来，空客公司为实现这一目的已经进行了积极准备，这一目标正逐渐成为现实。 空客特别提及了基于金属丝材的定向能量沉积3D打印技术（w-DED）。该技术使用多轴机械臂、钛丝，以高精度移动。能量源以激光、等离子或电子束为主。3D打印过程中，能量源聚焦到钛丝上，瞬间将其熔化，并逐层熔合到表面上。 从技术形式上，它类似于焊接，但以3D模型为指导，从“无到有”地打印出物体，形成所谓的“毛坯”。这个毛坯看起来非常接近最终所需的形状，即“近净成形”，随后进行减材加工，使其符合零件设计的精确尺寸。这种钛合金增材制造技术与传统的减材制造方法（例如板材加工或锻造）相比，能够以更少的材料浪费制造飞机结构件。 采用能量沉积工艺3D打印大型客机零件 空客指出，虽然金属3D打印技术在航空航天领域已经应用了大约十年，但采用的主要的工艺类型是激光粉末床熔融（LPBF）3D打印技术，而且所制造得了零件尺寸多为500mm左右的小尺寸零件。 但空客在十年前就畅想要使用3D打印技术制造整个机身，使用LPBF技术就是再盼20年几乎也不可能实现。而能量沉积技术则不然，它能够制造大型复杂零件，已经有大量的公开展览和宣传公布了激光DED技术在飞机主承力结构中的使用。 空客早期使用LPFB金属3D打印制造的拼接功能组件 王华明院士送粉DED技术3D打印的大型框梁结构已在飞机上获得应用 空客指出，基于丝材的DED技术使其能够从打印小型零部件扩展到制造长达7米的大型钛合金结构件。这项新工艺比粉末床3D打印更快，将产量从每小时数百克提升至每小时几公斤。这一飞跃有望使3D打印技术在商用飞机大型结构件的工业化、大批量生产成为可能。 有助于减少钛原材料浪费 为什么要关注钛？钛金属因强度高、重量轻以及与现代碳纤维复合材料结构的兼容性（例如耐腐蚀性、相对膨胀系数和其他性能）成为飞机制造的关键材料。但是，钛合金也是一种高价值原材料，因此节约钛资源至关重要。 传统基于锻造工艺制造钛合金材料，须进行减材加工才能获得最终零件，该过程会产生大量“废料”。在飞机制造行业，通常会通过“买飞比”来衡量，即采购的原材料数量与飞机上实际使用的原材料数量之比。在传统工艺中，钛合金的浪费量达到80%-95%。 空客DED制造的近净成型大型零件 挪威钛等离子沉积3D打印钛合金 采用3D打印技术，此类浪费大多从源头上得到避免。这是因为零件“生长”成的形状已经非常接近最终设计（“近净成形”），因需要加工去除的材料极大减少。 为飞机研发带来灵活性 传统的模锻工艺需要制造大型复杂的模具，耗时长达两年，且前期需要大量资金投入。相比之下，3D打印零件的形状由计算机程序决定，将交付周期缩短至短短几周。3D打印技术的灵活性将直接助力首架研发飞机的成功和及时建造，尤其是在最终详细部件设计还需要调整和优化的阶段。 在此方面，我国C919大飞机的研制提供了一个典型案例。王华明院士曾在2022年的《院士开讲》等栏目中透露，C919机头主风挡窗框也是3D打印的。这个部件结构复杂、尺寸很大。但是当时国内的飞机制造厂用传统方法无法做出，只有欧洲一家公司能做出来，但要花2年、200万美元才能制造，这个代价可以说是相当昂贵的。如果依赖这家欧洲公司，就会导致C919成本急剧上升，性价比和竞争力无法与空客和波音相比。而且，国产大飞机的研发进度紧迫，无法耗费两年时间等待一个窗框。 2009年，王华明院士和他的科研团队在接到任务后，仅耗时55天就完成了窗框的设计，完全符合原始图纸，顺利保障了我国大飞机的研发进程；同时，其总费用甚至不到200万元人民币，极大节约了研制成本！ 空客A350生产的首次验证 空客近期已开始将大尺寸的DED 3D打印部件批量集成到A350的货舱门周围区域。这些用于探索阶段的专用部件采用等离子金属丝材DED技术进行3D打印，经超声波检测，最终在空客工厂完成加工和安装。 DED首批下框架交付 这些部件在功能和几何形状上与它们所替代的传统锻造部件完全相同，但却能立即带来实实在在的成本节约。 空客的下一个目标是从A350 DED 3D打印部件入手，逐步将其推广到其他项目和其他飞机（包括长远来看的机翼和起落架）更关键的应用领域。 起飞过程起落架工作情况 重要的是，这项技术实现了“面向分布式能源设计 (DED)”的概念。工程师们不再需要将复杂的组件设计成多个独立部件，然后再将它们组装在一起，而是可以将其设计成一个单一、精细且优化的组件，并一次性打印完成。这种将多个组件合并为一个的优势将简化供应链，减少组装人工，缩短生产周期，并充分释放下一代3D打印客机的潜力。 空客未来飞机概念设计 如今，空客及其合作伙伴正积极推进关键部件的定向能量沉积技术经验积累，并取得了令人瞩目的成果。工程师们正在测试各种能源，包括等离子体、电弧焊、电子束和激光束，同时评估“外购”（外包打印）和“自制”（内部完成）两种策略。此外，由于这项技术以空客集团层面的统筹方式进行管理，最终成果将成为行业标准，并在整个公司范围内得到应用。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#空客 #3D打印

2026年1月10日，人民日报再度报道了我国3D打印航空发动机飞行试验的消息，这是半年以来第三次获得官媒报道。研制单位——中国航发湖南动力机械研究所，在去年12月举办的中国增材制造产业年会现场，公布了关于KP16-3D打印发动机项目截至到当时的时间线： ➡️ 2025年7月1日，在内蒙古完成了首次挂飞试验，试验验证发动机的基本运行性能和稳定性，挂飞持续20分钟，最大飞行高度达到海拔4000米，发动机全程稳定工作。 ➡️ 2025年11月9日，在陕西定边县完成了首次单发飞行试验。本次飞行时长30分钟，最大飞行海拔高度6000米，最大飞行速度0.75马赫。 ➡️ 2025年12月9日，在陕西定边县完成了第二次单发飞行试验，飞行时长30分钟，最大行海拔高度提升到9000米，最大飞行速度0.76马赫，发动机全状态工作各项参数无异常。 值得注意的是，中国航发官方在1月24日对发动机的研制过程进行了报道。报道指出，这台发动机于2021年就开展了首次点火试验并取得了成功，但发动机研制如同攀登险峰，每当试验因故中断，便是新一轮战斗的开始。 下台分解、检测分析、定位故障、优化设计……在这一次次的分析与改进中，发动机先后完成零部件强度寿命试验考核，实现转速达标、性能达标，完成发动机整机任务化持久试车，为发动机的飞行试验打下了基础。 中国航发，公众号：中国航发群星闪耀航发丨九霄之上显锋芒——记中国航发动研所3D打印极简轻质微型涡喷发动机研制团队 发动机挂飞实验（来自中国航发公众号 密集测试显示重要意义 从时间线可以看出，我国在半年内完成了至少三次实际飞行试验，尤其是最近的几次试飞，间隔短至一个月，表明技术迭代、工程验证的速度非常快。 这意味着项目团队已经建立起了一套非常高效的“设计-制造-测试-优化”研发闭环，以实现产品定型和量产。同时也代表我国在该领域正在快速经历从无到有、从有到能用、从能用到更强、再到更稳定使用的发展路径。 该项目的负责人——中国航发动力研究所总师办主任米栋在雄安增材制造产业年会上描述了一件很有意思的经历，这款发动机曾亮相去年11月举办的迪拜国际航空展，国外相关领域的一用户就提出想看真机的想法，但当工作人员指出这就是真机时，对方却强烈质疑。就3D打印航空发动机的国际进展来说，我国目前当之无愧的处于领先地位。 发动机基本情况介绍 该发动机的名称为KP16-3D打印极简涡喷发动机，是中国航发动研所为满足国内外中小型无人机用户对动力的需求，通过融合多学科拓扑优化和3D打印技术，研制的一款轻质、高推重比160公斤推力级涡喷发动机。发动机零部件集成度高，且全机超3/4重量(含所有核心零件)采用3D打印制造。 发动机重要部件已通过强度、寿命试验考核，其中工作条件最恶劣的核心关键件——涡轮叶片盘三个试验件均通过了3万次以上低循环疲劳寿命考核，具备装备长寿命发动机的能力。发动机实现了转速和性能达标，整机寿命试验表明，最大无故障使用时间达设计寿命的1.5倍，能在一千余摄氏度温度和五万余转/分转速下稳定工作，综合性能指标达到同尺寸量级涡喷发动机国际领先水平。 工程化应用的难度在哪里 米栋指出，与打印普通产品相比，用3D打印技术制造航空发动机，难度指数级增长，需要跨越“消费级制造”与“极限工程制造”的鸿沟。 从材料看，航空发动机使用高温合金，此类材料硬度高、难熔化、冷却收缩率大、成分复杂，打印后极易变形开裂；从精度看，普通产品精度要求相对宽松，而航空发动机关键零件的精度不能有丝毫偏差；从性能看，普通产品仅需承受轻微外力，而航空发动机涡轮叶片要在手指大小的尺寸上，承载一辆轿车的重量，还要抵住千万次交变载荷冲击，不能产生微小裂纹，对性能要求极高。 发动机单发飞行试验（来自中国航发公众号） 每次飞行结束后，项目团队都要对发动机进行全面分解检查，包括所有零件状态是否正常，有没有出现任何破坏或失效的情况。 中国航发动力研究所结构强度研究部副部长钱正明指出，3D打印虽有一体化成型等优势，但也失去了传统连接零件的摩擦阻尼效果，发动机振动显著增大。为攻克难题，研制团队创新提出‘多学科拓扑优化设计技术与3D打印制造技术深度融合’的思路，攻克了一系列关键技术卡点。” 通过不断飞行试验，可以充分验证发动机在高空复杂环境下的可靠性，不断检验发动机与飞行器的适配性，为后续技术迭代和应用推广奠定基础。作为全球首款经过高空高速试验考核的整机级3D打印发动机，KP16填补了国内技术空白，也为国产高端制造绕开国外传统制造壁垒，实现换道超车提供关键路径。

金属3D打印控形控性技术研究似乎是一个永恒的、又好像是一个比较老的话题，它的理解差异在于怎样理解控形控性。在同一部件的不同部位或表面上局部改变微观结构、相组成和金属间化合物，实现局部所需的热和机械性能，是可能的理解方向之一。 这种制造特点有着明确的应用场景，本文内容将以案例讲述，并介绍多体积可变激光能量密度（MV-LED）控制技术，后者能够实现金属合金的微观结构编程。 局部性能调控需求 以火箭发动机为例，其在稳态运行期间，燃烧室衬里是材料科学领域最具挑战性的几何结构之一。这些薄薄的表面（厚度小于2毫米）将温度约为100K的液态低温推进剂（在冷却通道中流动）与温度超过3000K的燃烧室隔开。冷却通道内的压力超过100bar，加上材料所承受的热循环，导致了一种特殊的基于温度塑性变形的现象，称为低周热疲劳（LCTF），它是火箭发动机的主要失效模式之一。在这种热疲劳中，循环变形是由于火箭发动机稳态运行期间交替加热和冷却过程中产生的温度梯度，导致固体内部受限的差异热膨胀而产生的。因此，必须对衬里的微观结构和冶金性能进行特殊处理，以确保其在稳定的循环条件下保持性能，避免因运行时间和循环次数的变化而改变。 GRCop42，是NASA专门为航天发动机制造开发的高端3D打印铜合金，它在高温下表现出优异的导热性和耐蠕变特性。该材料在3D打印和后处理过程中若能进行正确的“微观结构编程”，则可获得近乎稳定的力学和热学性能。相反，镍基合金在火箭发动机运行引起的热循环以及启动和关闭的剧烈瞬态过程中，其微观结构会发生改变。 多体积激光能量密度控制技术 3D打印技术参考注意到，西班牙公司AENIUM开发了一种基于激光的创新方法——MVLED技术。该公司表示，这项技术能够通过控制冷却比中的热梯度，对激光能量密度算法进行编程，从而逐体素地精确定义零件的微观结构。利用这种方法，可以根据应用需求和合金类型，在单个零件上改变其机械、热学和电学性能。 通过这种方法，可以生成或稀释金属间化合物，并显示或隐藏某些相或微观成分，从而能够利用动态控制的多个工艺参数来构建零件，这些参数可应用于需要改变其机械/热性能的特定区域或表面，从而在热处理、热等静压（HIP）和后处理之前，对不同的材料特性进行突破性的精确控制。MVLED技术取得的部分成果包括： 疲劳极限（最大变化幅度为 52%） 弹性模量（变化幅度高达 50%） 断裂伸长率（变化幅度高达 43%） 热导率（变化幅度高达 42%） 硬度（变化幅度高达 38%） 夏比冲击强度（变化幅度高达 26%） 蠕变（冷流）（变化幅度高达 25%） 比重（偏差不超过10%） 脱气限值（TML）（最大偏差6.0%） Ampudia表示：“根据合金的不同，M-VLED技术能够让我们逐体素地精确控制零件的屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率、导热系数、硬度、表面粗糙度、残余应力等多个参数。这项技术的优势在于能够产生热桥效应、非导电外壳、不同的LCTF行为，减少部分后处理工作量，并控制零件的残余应力。” 基于对GRCop42合金的深入研究，他们定义了微观结构及其后续的零件性能，在不引入孔隙的情况下，实现了特定区域和特定表面的性能变化。” 将MVLED技术集成进3D打印过程 Aenium公司将MVLED技术集成进了EOS金属3D打印机中，并制造了具有局部性能调控的GRCop42铜合金气动尖锥发动机。整个制造过程涉及： LPBF过程中的微观结构管理和激光控制 硬件改造和特殊工艺条件 原材料质量和处理 密集的后期处理 LPBF工艺引入了众多工艺变量，这些变量决定了最终零件的冶金性能。这些变量包括气氛、能量密度、冷却比、扫描策略、流变学和粉末特性。对所有这些变量的精确控制决定了工艺结果。通常，工艺稳定性会因区域或成型平台位置的不同而变化。这给应用M-VLED工艺控制微观结构带来了挑战。众所周知，气体流动分布在整个成型平台上并非100%均匀——在大尺寸LPBF设备中尤其明显——而且由于光学元件和激光模块的寿命，激光变量在成型过程中也会发生轻微变化。 为了应用M-VLED技术，这些因素需要进行精确的实时测量和控制，从而实现对涉及的多个参数和零件区域的精确控制。通过激光和光学器件提供的能量密度，实现了高冷却比，最终决定在腔室内使用氦气进行制造工艺验证。结果表明，与氩气气氛相比，氦气气氛能更好地控制Cr2Nb析出元素，从而获得更佳的结果。 为了避免首层打印出现问题，工程师对构建平台进行了精确研究，并利用一个特殊平台实现了更佳的热控制和热分布。构建平台上的粉末分布及其流动性也带来了一些挑战。他们还测试并优化了颗粒分布，最终通过不同批次的实验确定了最佳参数。即便如此，通过改进铺粉系统以提高流动性，并采用热处理，仍然获得了最佳结果。而这些改进旨在提高工艺的稳定性和均匀性。 尽管预处理和增材制造工艺非常重要，但对发动机这样的应用还需要精确的后处理。一个重要的挑战在于，如何在大量的后处理之后仍保持所需的微观结构。以GRCop42铜合金气动塞式发动机为例，其在打印之后，可能会涉及到高压循环、热循环以及其他化学和电化学方法来处理流道和喷嘴的粗糙度。 END 比较遗憾的是笔者并未查询到Aenium公司MVLED技术更多的细节，但这种能量控制技术似乎与EOS公司的Smart Fusion技术类似，能在制造过程中智能管理热量分布。热量的管理就是通过调整激光参数来实现，笔者也曾与EOS的工程师核实，确实可在同一层的不同位置输入不同的能量，进而可以调整材料的局部微观组织。

3D打印技术参考于1月20日注意到，中国科技网发表文章指出，中科院工程热物理研究所采用多金属3D打印制造的整体涡轮叶盘首次通过点火试车考核。 这是3D打印领域的一项重要突破，主要原因在于：这是全球3D打印行业内首次有报道多材料金属3D打印的高速旋转部件通过试车；这同时代表我国在多材料金属3D打印应用方面取得领先。 长期以来，多材料金属3D打印一直是全球领先机构研究的热点。科研技术人员需要解决异种材料连接以及应当采用怎样的形式进行连接等核心问题。目前报道较多的应用，多数是零件本身不需要高速运动，属于相对静态工作部件，如散热器、火箭发动机燃烧室等。而涡轮叶盘不一样，它需要高速运动。 图文无关，仅作演示发动机运行过程 报道指出，此次测试的涡轮叶盘采用两种材料制造——盘芯采用高韧性材料，叶片采用耐高温材料，由3D打印技术实现一体化制造。 该叶盘被被配装在100公斤推力的涡喷发动机中，先后通过了动平衡试验、超转试验和整机点火试车，在30000RPS转速下60s稳定工作，各项指标满足考核要求。它的重大意义就在于，首次实现了多金属增材制造航空发动机热端转动部件点火试车，初步验证了多金属3D打印整体涡轮叶盘的稳定性和可靠性。 整体涡轮叶盘点火试车（受访者供图，来自中国科技网） 虽然报道并未指出所采用的3D打印形式，从理论上讲，可以采用LPBF+DED，LPBF+冷喷涂，以及单一LPBF等技术形式。但笔者认为最可能是，它是由单一的激光粉末床熔融技术制造。 对此，笔者特意查询了中科院工程热物理研究所关于多材料金属3D打印的专利，确有惊喜发现。该单位目前已获得多项关于激光粉末床熔融多材料3D打印的专利，涉及吸粉路径规划方法、送粉路径规划方法以及整体增材制造系统。 ➡️解决多材料金属3D打印制造效率低和尺寸小的难题 对于LPBF多材料金属3D打印而言，在材料方面最困难的是过渡问题，在设备方面最难破解的是粉末的混杂问题。针对粉末混杂，目前的主流方式是采用“独立运动送粉+独立运动吸粉”，但实际上并不是每家都能做得很好。 LPBF多材料3D打印面临的混粉问题 Fraunhofer IGCV 实验室的多材料SLM® 280 2.0 机器内部视图 中科院工程热物理研究所的相关专利提到，现有技术的主要缺点在于成形效率低，需要用精细的送粉喷嘴和真空吸粉嘴来对多种材料进行粉末的铺设和回收，导致操作复杂度增加，效率较低。另外，该装置很难实现大尺寸零件的三维制造。 整体涡轮叶盘超转试验（受访者供图） 现有多材料增材制造技术仍有改进的空间和需求。该单位对多材料金属3D打印的设备进行了改进，实现了铺粉与吸粉的同步进行，显著提高了成形效率。同时，送粉装置也同步进行了改进，可以实现大尺寸零件的连续成形。此外，设备还配备了视觉相机，用于辅助第二粉末材料的铺设和回收过程，实现了铺粉和回收精确化的目的。 ➡️解决异种金属材料连接的难题 双金属一体结构也可称之为梯度结构，主要技术难点在于异种材料过渡界面的质量控制及性能表征。基于熔融的技术涉及熔化，两种金属的热膨胀系数通常不一样，接缝处容易产生应力集中，出现裂纹、孔隙和偏析等有害相。 报道指出，中科院工程热物理研究所航空宇航制造实验室，长期开展多材料金属3D打印关键技术攻关，攻克了该领域面临的异种金属连接难题，开发出了相应的过渡层材料，实现了界面缺陷控制。 Aerosint公司已开发的多材料一体成形体系 此次整体涡轮叶盘制造并试车成功，是该单位多材料3D打印装备、材料科学研究的重要展示。基于高速运转部件的特殊属性，这一成果显示出我国在该领域已取得领先地位。 多材料金属3D打印具有高价值应用和高回报的特性。不同物理特性的多种材料的一体3D打印，为高度复杂、轻量级的组件制造提供前所未有的设计自由度，在航空航天、船舶等领域具有多种应用场景，将为我国高端制造重大装备突破技术瓶颈、实现创新发展带来新的解决方案。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。