3D打印技术参考于近日注意到，香港城市大学吕坚院士团队联合北京科技大学毛新平院士团队、南方科技大学朱强讲席教授团队、昆士兰大学张明星教授团队以及西安交通大学、宝航新材料等，在《Materials Today》发表了题为“Additively manufactured fine-grained ultrahigh-strength bulk aluminum alloys with nanostructured strengthening defects"最新研究。 https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.05.006 该研究介绍了一种通过激光粉末床熔融（L-PBF）技术制造的创新性超细晶Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金，该合金通过纳米结构平面缺陷进行强化，特别适用于要求高强度和优异延展性的复杂形状部件。由于L12有序Al3(Sc, Zr)纳米颗粒的不均匀分布，该合金呈现出具有三重模态晶粒分布的层次化异质微观结构。在打印后的合金中，研究人员策略性地引入了包含堆垛层错、9R相和纳米孪晶的定制平面缺陷。除了纳米尺度的平面缺陷和三重模态晶粒分布外，进一步的直接时效处理增加了纳米析出物的数量，从而共同将屈服强度提升至656MPa，这一数值高于迄今为止报道的几乎所有L-PBF制造的Al合金，同时还保持了7.2%的良好延展性。这项工作为高性能铝合金部件的近净成形制造开辟了新途径，以满足先进结构应用的需求。 L-PBFed Al-Mg-Mn-Sc-Zr 合金的力学性能 目前的高强度锻造合金，如2xxx和7xxx系列合金，由于其对热裂纹的高敏感性，在增材制造过程中表现出较差的可打印性。这种脆弱性归因于它们广泛的凝固温度范围和由L-PBF过程中复杂的热历史引起的高水平残余应力，从而导致机械性能较差。减轻上述缺点的最有效策略是开发细晶粒结构，这种结构提供了大量的晶界（GBs）来破坏凝固过程中产生的应力，从而提高对热撕裂的抵抗力，并有效抑制裂纹。大量晶界的存在还阻碍了位错迁移并增强了机械强度。从传统铸造工艺中获得灵感，可以通过接种处理来触发显著的晶粒细化，这包括引入晶格匹配的晶核粒子（无论是原位形成还是外部添加），或者加入具有高生长限制因子（即高Q值）的有效溶质。这种处理通常会在L-PBF过程中抑制裂纹并细化晶粒，从而产生具有理想机械响应的致密材料。 近年来，通过添加合金元素（如Ti、Zr、Sc、Nb和Ta）或/和陶瓷颗粒（如TiC、TiN和TiB2）来开发用于L-PBF的高强度铝合金种类繁多。另外，最近的研究表明，将商用Ti-6Al-4V和Ti-22Al-25Nb合金粉末添加到难以焊接的7075 Al合金的L-PBF中，可以制得无裂纹且几乎完全致密的部件，并具有细化的晶粒。近年来，人们对含有Sc/Zr的L-PBF Al合金也给予了广泛关注，并在商业上取得了一些成功，这些合金以Al-Mg-Sc-Zr和Al-Mg-Mn-Sc-Zr为代表，具有显著细化的微观结构和增强的机械性能。尽管晶粒细化在这些合金中有效提高了强度，但在新开发的铝合金中实现强度和延展性之间的平衡仍然是一个重大挑战，这一挑战阻碍了L-PBF铝合金的更广泛商业应用。 L-PBF技术用于制造接近全致密的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金 在开发高性能合金方面的突破揭示了引入纳米尺度的强化平面缺陷（如孪晶界和堆垛层错）以增强机械性能的变革性潜力。这种增强对于实现显著的延展性至关重要，因为它有助于分散应变的流动。纳米尺度的平面晶体缺陷作为晶体塑性的辅助通道，通过减少移动位错的平均自由程和提供位错相互作用和存储位点来鼓励位错累积，从而有效增加了位错的存储能力，最终实现了高强度和延展性之间的和谐平衡。这一现象在低堆垛层错能的先进合金系统中得到了成功应用，其中锰钢和从高到中等熵或多主元合金系统作为典型示例。然而，由于铝的SFE值约为166mJ/m²，将高密度SFs和纳米孪晶作为铝合金微观结构设计策略的一部分存在挑战。理论上，铝的SFE只能通过合金化特定的溶质元素进行微调。不幸的是，除了Mg、Ag和Zn之外，这些元素在铝中的溶解度非常有限，这限制了铝中SFE的可调性。 一般而言，铝合金中的堆垛层错（SFs）或纳米孪晶仅在经历了极端凝固或变形条件的特定微观结构中才能被检测到，例如通过磁控溅射在极快冷却过程中制备的薄膜Al-Fe过饱和固溶体。对于块状铝合金，这些平面缺陷通常是在经过严重的塑性变形后获得的，以实现优异的机械性能。因此，通过结合堆垛层错和纳米孪晶，以及多种强化机制（如晶界强化、析出强化），并结合L-PBF（激光粉末床融合）特有的加工路线，可能为增材制造的铝合金实现理想的拉伸延展性与超高强度之间的统一提供一条有前景的途径。 在本次研究中，介绍了一种有效的方法，通过在激光粉末床融合（L-PBF）技术下增材制造高性能铝合金中引入纳米级平面缺陷，这些缺陷在铝合金中很少被观察到。我们将堆垛层错（SFs）、纳米孪晶、9R相以及超细晶粒（UFG）整合到构建的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金中，实现了在打印态和热处理态下显著的机械强度与延展性的结合。通过精心调整Mg含量，成功降低了在L-PBF铝合金中引入平面强化缺陷的能量壁垒，从而贡献于优异的机械性能。 细晶粒、无裂纹 Al-Mg-Mn-Sc-Zr 合金 L-PBF 的理论计算 基于边到边模型（E2EM），定量计算了晶体学匹配度，以指导超细晶粒微观结构的形成。经过广泛纳米析出处理的热处理合金，具有高达656MPa的出色屈服强度，这超过了之前报道的通过L-PBF技术生产的任何铝合金的值，同时仍保持了7.2%的适中延展性。 打印态 Al-Mg-Mn-Sc-Zr 合金的层次化非均匀微观结构 在打印后的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金中，存在着大小约为200纳米的超细晶粒，而Al3(Sc, Zr)颗粒则作为晶粒内的异质形核位点。这些特征共同影响着合金的性能 这项工作不仅为高性能铝合金部件的快速原型制作奠定了坚实基础，而且还揭示了将类似策略应用于其他合金的新机遇。这种新型合金不仅为高性能铝合金部件的快速原型制作提供了坚实基础，还为将类似策略应用于其他合金开辟了新机遇。总之，通过多种强化机制的共同作用，Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金展现出了有前景的机械性能。 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.更易热处理和表面处理！一种新3D打印铝合金成为应用宠儿 2.马前教授团队最新：3D打印轻质/高效/铝合金超材料！ 3.显著进展：粗粉+大层厚，倍丰实现铝合金高强度、高效率和低成本3D打印 4.重要进展：NASA开发出新型铝合金，3D打印制造火箭喷嘴并成功测试！

对于航天器中的铜合金应用，可以通过调整材料中的孔隙大小、孔隙率等参数实现对铜机械性能、热导率、电导率以及催化效率的控制，这对于强化航天器应用特别有吸引力。3D打印技术参考此前也报道过， NASA JPL团队认为多孔材料并非一无所用，将孔隙这一不利因素充分利用，可以制造出功能产品。 来自加州理工学院喷气实验室的研究人员，探索了加工参数对铜基金属的最终微观结构和材料性能的影响。建立了LPBF工艺下，打印参数与纯铜、青铜和黄铜三种材料的孔隙率，以及孔隙率与机械性能和电性能之间的关系。相关成果以“Porosity control of copper-based alloys via powder bed fusion additive manufacturing for spacecraft applications”为题发表在Journal of Porous Materials上。 https://doi.org/10.1007/s10934-023-01544-x 研究背景 金属中的孔隙率提供了额外的设计参数来控制材料固有性能之外的特性。航天器多孔金属部件的应用包括具有定制比强度或刚度的结构材料、具有调整的有效导热性的热管理以及催化部件。质量和体积的有效利用对于航天器在确保稳定性的同时最大化任务有效载荷至关重要。构建结构材料为航天器提供了可调节的强度与重量比，或为防止飞行器撞击提供了能量吸收能力。 热管理是航天器的另一个关键问题，因为发电、电子和面向太阳的组件会产生热梯度，关键仪器在工作过程中可能因过热导致光学子系统热致变形。多孔工程材料提供了导热性较低的通道，同时也可用作热管组件，以增强导热性和等温性。 在电化学和催化领域，将二氧化碳转化为烃类和氧气具有极高的研究价值，因为它为太空探索中的原位资源利用提供了一条途径。二氧化碳（CO2）转化为烃类的研究在地球系统中已受到广泛关注，因为它有助于减少温室气体排放。铜在将CO2转化为高级烃类方面表现出巨大的潜力，但规模化制备具有层次孔结构的铜催化剂仍然是一个挑战。此外，无阳极锂金属电池被广泛认为是“超越锂离子电池”的主要候选者，它利用铜作为电流收集器，无需电化学活性阳极，为多孔铜材料提供了另一种应用场景。 制造多孔金属的方法包括使用液体或固体金属的发泡剂、金属粉末的部分烧结、使用占位材料，以及增材制造。特别是，激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术已被用于制造几何驱动的晶格结构。粉末床熔融技术通过使用聚焦的热能源熔化粉末原料来制造部件，可控参数包括沉积的激光功率、激光扫描速度、扫描间距和层厚度，通过这些参数可以调控材料中的孔隙度。 3D打印制造多孔材料的两种方式 在LPBF工艺中，已经探索了两种制造多孔部件制造方式：（1）通过用户设计的几何结构（如晶格或多孔通道）来构造孔隙；（2）通过“非优化”参数选择来实现工艺诱导的孔隙。 3D打印制造多孔结构的两种方式 研究团队调整工艺参数3D打印铜基多孔结构 通过用户定义的几何结构制造多孔部件在多孔LPBF研究中占据主导地位，因为它利用了为全密度部件开发的加工参数，并通过计算机模型的设计来创建孔隙。然而，孔隙的大小受限于LPBF工艺的分辨率，文献报道的孔隙大小范围从100到1500 μm不等。使用参数选择来生成孔隙可以实现低于50μm分辨率的更细孔隙，并显示出广泛的可控孔隙范围（从<1%到45%），适用于不锈钢、镍基高温合金、铝和钛合金等材料。 建立孔隙与材料性能之间的关系 加州理工学院的研究人员，选择了铜（EOS Copper CuCP）、青铜（Stanford Advanced Materials，Cu-10Sn）和黄铜（American Elements，Cu-Zn-01-P）3D打印多孔材料，并使用同类全密度样品比较导电性和机械性能。研究人员设计了一系列工艺参数进行样品打印和表征，样品孔隙率与LPBF参数密切相关。在保持等效能量密度的同时增加扫描间距会导致熔体轨迹宽度增加和表观孔径增大，而总体样品孔隙率没有显著变化。孔隙率和表面形态的控制显示出对材料选择和加工参数的强烈依赖性。 通过LPBF工艺打印的多孔纯铜、青铜和黄铜（所有图像的比例尺均为5mm） 在建立参数选择和微观结构孔隙率之间的相关性后，研究人员的目的是了解产生的孔隙率对铜基样品电性能的影响。对立方体和圆柱形样品进行电导率测量——电导率随着孔隙率的增加而降低。尽管通过LPBF制造的铜和黄铜的全密度样品缺乏，限制了样品之间相对电导率的比较，但实验仍展示了通过参数调整对所有材料的电导率进行控制的能力。对于每种材料的最高密度，无论是立方体还是圆柱形样品，材料的电导率都是从青铜到黄铜再到铜逐渐增加的。 用于控制孔隙率的不同LPBF参数的加工铜、青铜和黄铜样品的表面特征 参数引起的孔隙率对铜、青铜和黄铜电导率的影响 不同孔隙率下的铜、青铜和黄铜样品的电导率、弹性模量和压缩屈服强度之间的关系 孔隙率的局部控制可以为航天器的结构、热、电和电化学应用提供独特的性能。这项工作展示了通过调整LPBF加工参数来控制铜、青铜和黄铜的孔隙率、电气和机械性能。通过选择适当的参数组合，证明了铜基合金孔隙率的控制，铜的孔隙率变化为20%，青铜为50%，黄铜为45%。此外，还探讨了参数引起的孔隙率对电气和机械性能的影响，展示了通过调整孔隙率可以为电气和机械性能的调节提供新设计空间。 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.史玉升教授&吕坚院士团队：3D打印微晶格超材料！实现突破性的结构-功能一体化 2.NASA研究团队发现金属3D打印孔隙特征大有利用价值并发布可控工艺研究成果 3.Science团队再发自然通讯：纯铜3D打印获重大研究进展！ 4.增材制造CuCrZr铜合金大综述

金属3D打印材料通常用于医疗、工业、汽车、能源和航空航天领域的各种应用。铜及其合金在许多行业中是不可或缺的，因为它们具有高导电性和耐腐蚀性，这使得它们可用于热交换器和其他高导热性和导电性应用。基于巨大应用前景，NASA开发了GRCop-84和GRCop-42两种3D打印专用铜合金，它们在升高的工作温度下具有高导热率和高机械性能。 3D打印技术参考注意到，来自美国路易斯安那州立大学、南方大学、NASA马歇尔太空飞行中心以及格伦研究中心的科研人员对使用LPBF工艺制造的这两种高性能合金的热物理性能进行了检查。本文内容将对这两种铜合金的优异性能机理进行介绍，干货内容不容错过。 详解两种铜合金的性能及应用差异 多种合金元素如Cr、Zr、Al、Fe、Ti和Nb，通常用于开发不同的铜合金。例如，Cu-Cr合金具有优异的机械性能，添加Nb、Zr或Ag后，Cu-Cr合金发展成三元系（Cu-Cr-X）。与Cu-Cr-Ag和Cu-Cr-Zr三元体系相比，Cu-Cr-Nb三元合金体系表现出高强度和优异的导电性。此外，该三元合金体系具有高抗氧化性。 1. 高导热性能 在Cu-Cr-Nb三元合金中，最突出的是GRCop-84（Cu-8Cr-4Nbat%）和GRCop-42（Cu-4Cr-2Nbat%）。它们由NASA开发用于在高温下需要高强度和高导电性的再生冷却火箭发动机燃烧室衬里。这些GRCop合金主要依赖于Cr2NbLaves相。对于GRCop-84和GRCop-42来说，Cr和Nb大部分保留在Cr2NbLaves相中，因此合金的基体几乎是纯铜，因此具有出色的导电性和导热性。 GRCop-84表现出卓越的微观结构稳定性、抗蠕变性、良好的导热性和低循环疲劳寿命以及针对500–800°C进行优化的高拉伸强度。从室温到1000°C，GRCop-84的热膨胀性也低于铜和稀铜基合金。由于这些特性，GRCop-84在高温应用中表现出良好的潜力，如火箭燃烧室、永久金属铸造模具、聚变反应堆、焊接电极和高温热交换器。 采用LPBF工艺打印的GRCop-84 Velo3D打印的GRCop-42铜合金散热器件 GRCop-42是通过降低Cr2Nb体积分数牺牲机械性能来提高导热性的。其导热率比GRCop-84高约15%。由于GRCop合金能够在壁温升高的高应变条件下重复使用，因此NASA广泛采用GRCop合金用于高热通量应用。例如，GRCop-42已被选为用于制造运载火箭的材料，如采用3D打印制造火箭发动机再生冷却燃烧室。 2. 热膨胀性能 大多数材料在加热时都会膨胀。这种热膨胀会给火箭发动机衬套带来三个问题。第一个问题是热引起的应力：内衬通常受到低温高强度护套的约束，使衬里不能自由膨胀，而热膨胀会产生应力，应力通常会超过GRCop-42和GRCop-84的屈服强度。第二个问题是这些热应力会导致材料永久变形，进而造成冷却通道内的热壁失效。第三个问题是低循环疲劳，燃烧室衬里由于反复循环产生造成热膨胀从而使局部承受超过1%的重复应变，这是导致衬里失效的主要原因之一。 NASA采用LPBF和电子束工艺复合3D打印的GRCop-84和高温合金燃烧室 3D Systems打印的GRCop-42燃烧室 GRCop合金的热导率和热膨胀很大程度上分别由铜基体中溶解的微量元素以及存在的第二相的数量和类型控制。相对于纯Cu、Cr和Cr2Nb沉淀物的存在降低了GRCop合金的热膨胀，因为这些相的热膨胀比Cu低。降低热导率的主要元素是环境中的O、Cr、原料中的Fe以及用于熔化合金的陶瓷耐火材料中的Al和Si，任何未析出的过量Cr都会影响热导率和热膨胀。 从实验室到生产环境，性能会有变化 为了实现所需的微观结构、热物理性能和机械性能，GRCop合金在凝固过程中需要高冷却速率。这是由于当温度降至略低于合金液相线温度而铜仍处于熔融状态时，Cr2Nb快速形成。高冷却速率限制了Cr2Nb相的尺寸并确保了Cr2Nb相沉淀物在铜基体中的均匀分布。传统上，GRCop粉末是通过气体雾化技术制造的，其冷却速率为104K/s。更传统的制造技术，例如挤压和热等静压用于GRCop粉末成型。随后，可以使用轧制、锻造等方法对材料进行常规加工。与GRCop-84相比，GRCop-42可以减轻粉末雾化过程中的一些高温要求，因为Cr和Nb含量降低导致液相线温度较低（1460°C vs 1580°C）。 金属增材制造是一种逐层制造金属零件的工艺，具有多种构建方法，包括粉末床熔融、定向能量沉积、冷喷涂、搅拌摩擦沉积和粘结剂喷射。在NASA等团队的研究中，GRCop样品是通过激光粉末床熔融（L-PBF）工艺制造的。由于熔池尺寸小和快速激光扫描，L-PBF工艺具有104K/s至106K/s的高冷却速率。采用该工艺，GRCop-42的层厚通常比GRCop-84有所增加，从而提高生产率。 虽然L-PBF工艺可以在实验室条件下进行实施，但当转化为完整的生产环境时，工艺和输入可能会发生变化。当多个生产商使用自己的独有的参数进行打印时，差异可能会更加复杂。 不同 GRCop-42和GRCop-84样品的热导率 不同 GRCop-42和GRCop-84样品的热扩散率 在这项研究中，使用不同批次的气雾化粉末构建了八个GRCop-42样品和两个GRCop-84样品。这些样品由八家不同的供应商生产，他们采用不同的专有操作程序，包括使用混合的原始粉末和回收粉末。使用回收粉末和多个供应商是控制生产成本的现实规划考虑。随着GRCop合金从实验室转移到生产环境，了解这些工艺能力并捕获由此产生的微观结构、几何形状和性能差异至关重要。 本研究的目的是分析和比较不同供应商使用不同L-PBF平台和粉末批次生产样品的热物理性质，特别是导热率和热膨胀。目的是评估商业供应商供应链内热物理特性的潜在变化，及影响GRCop合金热物理性能的内在因素，并相应的建立工艺能力和设计指南。 材料性能显示出高度的一致性 研究人员分别测量了样品从室温到700℃的热导率，还测量了20°C-1000°C的热膨胀性。基于相分析、成分分析和热导率测量，阐明了L-PBF打印的铜合金部件热导率和热膨胀的微小变化。 结果表明，用L-PBF工艺生产的GRCop-42和GRCop-84合金的热物理性能表现出高度可重复的结果，与加工参数、粉末原料差异和机器类型无关。这意味着零件内部和零件之间的一致性，并使设计人员更有信心在制造过程中满足设计最小值，从而提高可靠性并降低风险。 挤压和增材制造合金热膨胀比较 GRCop-42样品的热导率表现出±4%的变化，并超出了已知的±3%的仪器变化，可能与溶解在铜基质中的溶质原子的量有关。虽然没有发现明确的相关性，但事实证明这些因素可能是重要因素。未来需要进行全面的原子尺度和微观尺度研究，以充分阐明导热系数的变化。 Velo3D和3D Systems分别对GRCop-42进行了商业化 对于3D打印的GRCop-42和GRCop-84热膨胀样品，其热膨胀行为与传统工艺制造的材料在统计上显著不同，但每种合金的热膨胀行为是一致的。较低的热膨胀将导致较低的热致应力、较少的热致应变引起的永久变形以及较长的低周批量寿命。 END 根据3D打印技术参考的观察，Velo3D和3D Systems均对NASA开发的GRCop-42铜合金进行了工艺开发并实现了商业化，且两家给出的材料性能确实极为接近。 重要的是，虽然L-PBF工艺打印的零件可以在受控实验室环境中成功构建，但到生产环境的转换并不总是无缝的。许多机器和粉末批次之间存在差异，因此需要全面了解彼此独立运营的多个供应商之间的性能差异。整个商业供应链的可重复性和再现性对于设计师来说至关重要，旨在确保零件符合预期的性能和操作要求。具体来说，热导率和热膨胀在设计过程中显得至关重要。通过利用热性能变化的知识，可以建立工艺能力和设计指南，促进正在进行的商业应用的发展和进一步的研究工作。 推荐文章：Thermophysical properties of additively manufactured (AM) GRCop-42 and GRCop-84。 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.采用无支撑金属3D打印GRCop-42航天增材制造专用铜合金 2.增材制造用铜及铜合金材料发展现状概述 3.最新突破：粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造 4.In625-铝青铜│双金属火箭喷嘴3D打印制造及热火测试过程

3D打印技术参考注意到，2024年3D打印技术领域第3篇Nature文章于5月15日发表。 来自英国伯明翰大学化学学院、美国高分子创新研究所的研究团队发表了题为“A renewably sourced, circular photopolymer resin for additive manufacturing”的文章。该研究聚焦光固化树脂的可回收性，开发了一种完全可再生的光聚合物树脂平台，基于此平台配制的树脂材料可以3D打印成高分辨率部件，并能够有效解聚，从而可循环使用重新打印！ https://www.nature.com/articles/s41586-024-07399-9 传统树脂打印后无法被解聚重新使用 通过光聚合技术对光聚合物树脂进行增材制造，可以快速3D打印零件。该工艺自20世纪80年代诞生以来不断发展，不仅在装备上实现了高分辨率、高打印速度的突破，还涌现出一系列不同性能的树脂材料，以满足不同行业、不同用途的使用。但，工艺设计和树脂配方技术一直未发生变化。 液态树脂配方由含有(甲基)丙烯酸酯和环氧化物的反应性单体以及低聚物组成，在光引发剂存在下通过光刺激快速光聚合以产生交联聚合物网络。虽然液态树脂的原料主要来源于石油原料，但近年来通过可再生生物质的衍生化和引入可水解降解键等进步，已取得一定进展。然而，目前这些材料仍类似于传统的交联橡胶和热固性塑料，限制了打印部件的可回收性。现有的光聚合物树脂无法被解聚并直接在循环、闭环路径中重新使用。 为了解决这一问题，研究人员描述了一种完全源自可再生脂肪酸酯的光聚合物树脂平台，该平台可以3D打印成高分辨率部件，然后能够有效分解并随后以循环方式重新打印。这种方法通过使用动态循环二硫化物替代传统（甲基）丙烯酸酯，解决了之前使用内部动态共价键回收和重新打印光聚合物时效率低的问题。新的树脂平台具有高度模块化特点，通过调整其组成和网络架构，可以获得具有不同热和机械性能的打印材料，这些性能可与多种商业丙烯酸树脂相媲美。 可循环使用树脂的研究过程 最先进的光固化动态网络可以通过在开环过程中添加额外的光活性树脂成分来重新打印或固化。然而，动态键与光化学交联反应之间的正交性导致再生材料与原始样品具有不同的组成。此外，每个连续回收步骤都需要额外的反应物质，这导致了一个“滚雪球”效应，即回收材料的唯一方法是制造更多的材料。 a.用于3D打印的传统树脂；b.3D打印中的开环回收利用材料中预先形成的动态键，使树脂在解聚和反应性稀释剂后回收，以创建新的光固化材料。c.3D打印中的闭环回收（这项工作）提出了一种实现动态二硫键聚合-解聚循环的方法，该方法能够创建适合闭环化学回收的可再生来源树脂 为了实现光固化网络的循环使用，动态键必须通过光聚合形成，即在交联过程中原位形成，并且网络必须解聚回到原始单元，以便它可以重复光固化或打印。尽管基于可逆环加成反应和硫醇-烯化学的二维光固化材料部分满足了这一要求，但它们在转化为大规模、高保真度的槽式光聚合3D打印时面临几个问题，包括树脂组分的复杂合成、需要高能量或连续光照射、解聚不完全或回收后性能存在显著差异。 3D打印和打印部件的解聚 鉴于它们易于通过自由基介导的方法聚合以及包括解聚在内的已建立的动态行为，研究人员提出了使用应变环状二硫化物（如天然来源的脂酸）来实现闭环槽式光聚合打印。通过在树脂中保持足够高的二硫化物浓度以允许快速固化，而无需使用会使材料不可逆的添加剂，同时浓度又不至于使树脂不稳定，这种方法有望实现光固化树脂的循环使用。 对新树脂进行3D打印与解聚成分验证 研究人员使用DLP打印机打印了所开发的树脂，他们发现，使用这种树脂，可以在商业3D打印机上可靠打印出100µm的薄壁，这凸显了他们在树脂平台上实现的x-y分辨率的卓越性。此外，桥结构的成功打印也说明了在z轴上具有良好的分辨率，其中悬垂桥的过固化率适中。商业丙烯酸树脂通常会添加遮光剂来抑制可能导致z轴分辨率失真的过度固化。因此，预计通过添加遮光剂可以进一步优化新树脂的z轴分辨率。此外，研究人员还成功使用这种树脂打印出了具有挑战性几何特征的高分辨率3D部件“3DBenchy”，包括难以用传统制造方法构建的悬垂表面和孔洞。这些高保真度的复杂打印品通过每层35秒的固化时间获得，对应的构建速率为5.1 mmh-1（不包括剥离时间）。 所开发的可解聚树脂的3D打印 原始树脂（A）印刷品的照片和（B）相应的图像分析 （A）“3DBenchy”和（B）用于精确打印的方形阵列和桥梁 纯树脂3D打印复杂零件 10mm宽的3D打印样品 为了研究打印部件的化学解聚过程，研究人员将打印部件粉碎，在80°C加热3小时后，打印部分完全溶解，并以高达98%的产率分离出回收的树脂，得到了一种粘性液体。对回收树脂进行分析显示，回收树脂的分子量分布与原始树脂相似，但观察到少量低聚物产物；核磁共振光谱分析计算出回收树脂的纯度为85mol%。这些结果表明，整体树脂组成与初始配方相当，从而证明了该树脂既可以3D打印，又可以有效地解聚。 原始树脂与循环打印后的对比 总的来说，这一研究提出了一个创新的解决方案，通过使用特定的化学结构和反应机制，使得光固化树脂能够在不使用额外添加剂的情况下实现快速固化，并在回收和再利用过程中保持其性能的稳定。这为光固化树脂的循环使用和可持续发展提供了新的思路。 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： 1.2024第2篇3D打印nature 2.2024第1篇3D打印nature 3.2024第2篇3D打印Science 4.2024第1篇3D打印Science

开发具有中空通道的3D打印超材料是墨尔本理工大学马前教授团队的重要研究方向，并在钛合金空心支柱晶格（HSL）超材料方面取得重要研究进展，其表现出比实心支柱晶格 (SSL) 高得多的结构效率，拓展了轻质多功能金属材料的边界。但研究人员指出，所开发的钛合金超材料并非一直都是最佳的选择，因为钛合金粉末仍然很昂贵。 铝合金在机械强度、较低密度和降低成本之间提供了折衷，同时还具有高耐腐蚀性，从而也能成为超材料开发的重要备选材料。3D打印技术参考注意到，该课题组于近日新报道了复杂AlSi10Mg空心支柱晶格超材料的3D打印制备及其力学性能研究。 然而，由于三个基本原因，铝合金的激光粉末床熔融 (LPBF) 比Ti-6Al-4V等常见金属合金更具挑战性。首先，铝合金被观察到从高熔池温度到室温事存在大体积收缩；其次，高反射率和导热率需要更高的激光能量；此外，铝合金还具有低液相线温度（557°C），导致产生动态熔池。这些因素意味着AlSi10Mg很可能存在几何缺陷和粉末堵塞中空通道。马前教授团队新发表的论文“AlSi10Mg hollow-strut lattice metamaterials by laser powder bed fusion”，研究了AlSi10Mg空心支柱晶格（HSL）的 LPBF可制造性及其机械性能。确定了高保真LPBF制造的AlSi10Mg空心支柱通道直径、壁厚和扫描策略。 (a) FCC 和 (b) FCC拓扑空心支柱晶格模型。(c) FCC_1B、(f) FCCZ_1B、(d) FCC_2B、(g) FCCZ_2B、(e) FCC_3B 和 (h) FCCZ_3B。蓝色代表空心支柱墙，而浅红色代表内部轮廓 内部横截面的 μCT 表征，取自每个 AlSi10Mg 空心支柱晶格的第一晶胞层的中心 (a) 相对屈服强度和 (b) 相对弹性模量与相对密度：AlSi10Mg 空心支柱晶格与 Ti-6Al-4V、Inconel 625、SS316L、CoCr 和 AlSi10Mg 实心支柱晶格的比较 研究发现，使用简单高效的双边界扫描策略，可以通过LPBF技术制造具有高保真内部和外部轮廓以及可忽略不计的容留获粉末的复杂AlSi10Mg空心支柱晶格结构。然而，若要实现完整打印且不会残留粉末，最小壁厚为0.4毫米，最小内径为0.7毫米。 压缩测试表明，所制造的AlSi10Mg空心支柱晶格结构（HSL）达到了Gibson-Ashby模型相对屈服强度的经验上限，与实体支柱晶格结构相当。而具有相当相对密度的Ti-6Al-4V、AlSi10Mg和SS316L的固体支柱晶格(SSL) 通常低于该上限。此外，空心支柱晶格在绝对密度低得多的情况下，绝对屈服强度、弹性模量均与实体支柱晶格相当，从而开发出了基于AlSi10Mg空心支柱晶格的具有轻质和高效结构的超材料。 研究团队3D打印的AlSi10Mg空心支柱晶格 此外，AlSi10Mg空心支柱晶格的屈服强度与此前报道的等效拓扑Ti-6Al-4V空心支柱晶格比较时，会观察到几乎完美的相关性，表明空心支柱晶格的高结构效率取决于拓扑结构而不是材料。考虑到材料成本低、耐腐蚀性好和密度低，AlSi10Mg空心支柱晶格有望找到良好的潜在应用。 潜在应用领域分析 铝合金超材料因其独特的性能和优势，在多个领域具有应用潜力。 首先，铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其成为航空航天领域的理想选择。它可以用于制造飞机、火箭和卫星的结构件，提高飞行器的整体性能和效率。 其次，在汽车制造中，铝合金晶格超材料的应用有助于提高汽车的性能和安全性。可以用于制造汽车的车身结构、底盘和悬挂系统，实现汽车的轻量化。 第三，在电子领域，由于铝合金晶格超材料具有良好的导电性和热导性能，在电子领域的应用逐渐增多。可以用于制造电子设备的散热器、导线和其他关键部件，进一步提高设备的散热性能，并增加其可靠性和稳定性。 第四，在高性能运动器材制造领域，铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其在高性能运动器材制造中备受青睐。例如，它可以用于制造自行车框架、高性能滑雪板、帆船桅杆等，提高器材的性能和耐用性。 第五，在微机电系统领域，铝合金晶格超材料在微机电系统领域也有广泛的应用。由于其微小的晶格结构和良好的机械性能，为微机电系统的发展提供有力支持。 需要注意的是，铝合金晶格超材料的具体应用还取决于其晶格结构、制备工艺以及性能优化等因素。随着科技的不断进步，铝合金晶格超材料的应用领域还将进一步拓展，为各个行业带来更多的创新和发展机遇。 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.史玉升教授&吕坚院士团队：3D打印微晶格超材料！实现突破性的结构-功能一体化 2.重磅研究：3D打印轻质高强钛合金超材料 3.3D打印功能晶格结构对力学性能和失效性能的影响 4.史玉升教授团队：高能量吸收梯度仿生超材料的设计和3D打印

亚稳态和近β钛合金具有高强度和优异的耐腐蚀性等特点，因此在航空航天应用中备受青睐。然而，添加较为经济的β稳定元素如铁Fe可能导致钛合金部件中发生偏析和β斑的形成，从而对力学性能产生不利影响。工业上最常见策略是通过真空电弧重熔（VAR）工艺维持陡峭的温度梯度和快速凝固，以防止其形成。针对这种缺陷，后续的均质化热处理也是一种有效的消除方法。激光金属沉积（L-DED）在制造部件时，具有较高的凝固速度。由于其逐层制造部件的特点，每次制造新的沉积层时，已制造的层也会受到加热，从而达到了对旧层进行均质化热处理的效果。L-DED工艺为制造TiFe亚稳态和近β钛合金提供了可能性。 3D打印技术参考注意到，墨尔本理工大学马前教授团队陈东泽博士等人于3月发表了题为“In-situ elimination of β-flecks in additively manufactured Ti-3.5 wt% Fe alloy”的文章，开发出了原位消除增材制造Ti-3.5 wt%Fe 合金中 β相斑点的方法。 https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.01.153 研究策略 在这项研究中，研究人员采用激光金属沉积（L-DED）工艺制备了一系列二元模型合金Ti-3.5wt.% Fe的50层单道薄壁样品，并对其中β斑的演变进行了全面的研究。他们发现，在制备的Ti-3.5wt%Fe薄壁样品中可以实现较大的无β斑点区域。 研究人员使用扫描电子显微镜结合能谱分析（EDS）技术对样品中的铁含量进行了测量，并设计了一个无量纲参数“偏析指数（SGI）”来评估铁的偏析情况。后续研究人员通过ABAQUS仿真模拟薄壁样品的制造过程，获取其温度场分布。通过结合温度场模拟结果和一维动态扩散模型，研究人员对β斑的消除进行了合理解释。 研究发现 整个薄壁样品横截面BSE图像显示，其可以清晰地识别出三个区域。顶部区域是熔合区，记录了当顶层被沉积时的凝固微观结构。沿着构建方向的厚白色条纹是富含铁的β斑，在相邻β斑之间可以观察到马氏体，在β斑内几乎不观察到马氏体，这是由于铁偏析产生的额外β稳定效应。熔合区之下存在两个受热影响区（HAZs），靠近融合区的一个被标记为HAZ-I，而下方的另一个被标记为HAZ-II。HAZ-I在度BSE图像中对比度较低，它由全马氏体组成。HAZ-II的颜色比HAZ-I要暗得多，在HAZ-II中的显微结构由（α+β）构成。 a横截面BSE图像; b第45层放大BSE图像；c 第35层放大BSE图像；d第20层放大BSE图像；e 第45，35，20层沿水平方向铁浓度变化。 为了系统地研究整个薄壁样品沿构建方向的铁偏析变化，从顶部到底部，研究人员每五层进行一次水平EDS线扫描。线扫描数据明显显示薄壁样品自顶部到底部的偏析减少，但直接从线扫描数据中量化偏析程度却相当困难。因此，在本研究中定义了一个无量纲的“偏析指数（SGI）”，其表达式为： 其中，C0是铁的总浓度；SR和SL表示给定铁浓度峰值的右侧和左侧的铁浓度差。对于垂直排列的β斑，在一层中，水平线扫描会穿过多个峰值。因此，该层的SGI由该层所有扫描的峰值的平均SGI表示。SGI从第45层急剧下降到第40层，然后变得相对稳定，并始终保持在HAZ-I的较低部分和整个HAZ-II中始终小于10%。这种SGI变化与BSE图像的对比度变化完全一致。除了偏析水平外，α相的体积分数是识别β斑的另一个常见度量标准。但在本样品中，α相仅出现在HAZ-II中，因为HAZ-I完全由α’马氏体组成。计算显示整个HAZ-II的平均α相体积分数差异在1.3%到4%之间波动，远低于European Titanium Technology Committee （ETTC）对于β斑的α相体积分数差异的标准（20%）。因此，整个HAZ-II定义为无β斑区。另一方面，HAZ-II中的SGI也保持在10%以下。因此，可以定义一个SGI阈值，即10%，来识别 “无偏析区”无论在微观结构中是否存在α相。 a SGI 定义的图形说明；b 50层薄壁样品中心区域不同高度处的 SGI；c 第20层中心区域 α 相体积分数变化；d 50层薄壁样品不同高度处的 α 相体积分数变化。   在HAZ-I的顶部，SGI急剧下降。这表明在凝固完成后的前几个热循环中发生了有效的原位均质化。为了更深入地理解这种原位均质化效应，进一步在中心部分的第44层到第40层进行了横向EDS线扫描。计算发现，SGI从第44层的15%下降到第42层的3%，后续几层的SGI稳定在3%左右，这与上图中的SGI分布一致。由于无法观察刚刚凝固时的第40层，结合L-DED逐层制造的特点及ABAQUS温度场模拟结果，假设第40层在刚刚凝固时与第44层的最终微观结构相同。使用第44层测量的铁浓度EDS结果来描述第40层的初始铁浓度。将ABAQUS模拟获得的温度历史曲线输入动态扩散模型进行迭代，结果显示随着经历的热循环次数增加，Fe浓度差异逐渐减小。扩散模型计算得到的SGI变化与从EDS线扫描数据所测得的SGI值变化进行对比，展现了良好地一致性。 a 第44层至第40层之间的EDS线扫描位置；b第40层中心位置的ABAQUS模拟热历史；c在b中标记的五个不同时间点附近的典型β斑附近铁浓度剖面的变化；d 基于EDS线扫描（蓝色）和动态扩散模型（橙色）的第44层至第40层之间SGI的变化。   通过使用不同的激光加工参数，包括激光功率、扫描速度和激光斑大小，研究人员制备了一系列Ti-3.5Fe薄壁样品（能量密度范围从28 J/mm2到92 J/mm2），发现原位均质化在这些不同加工参数的样品中都有发生。通过计算其SGI数值发现，对于这种L-DED Ti-3.5Fe合金，无β斑区的形成相当宽容，对于全局能量密度的敏感性很低。 研究讨论 1. 3D打印中，β斑体积的减小  β斑的尺寸取决于固化过程中的冷却速率。鉴于垂直排列的β斑主要分布在相邻的树枝晶之间，β斑的宽度，应与主要树枝晶臂间距成正比，而主要树枝晶臂间距与冷却速率存在如下的幂关系。由此可以推导出β斑的尺寸与冷却速率之间的关系：   λβ 是β斑的宽度， n为幂项，T ̇为冷却速率，k为常数。在本研究中，通过文献中的SLM、L-DED和WAAM制造的三种含钛合金的β斑来确定上式中的幂项n和常数k，结果公式如下： 选定的Ti合金中β斑尺寸与不同制造工艺的冷却速率。虚线为基于WAAM、L-DED和SLM数据的拟合曲线   后续，带入文献记录的直径为70毫米的Ti-10-2-3轧制棒中的β斑尺寸，计算得其冷却速率约为0.46 K/s，这是在大型铸锭处于炉冷条件下的常见冷却速率。这表明了在当前研究中确定的β斑宽度与冷却速率之间的关系在广泛的凝固条件下仍然有效，并可以作为估算给定冷却速率下β斑尺寸的指导。值得注意的是，当前研究中所研究的三种Ti合金具有不同的成分，这可能会影响本研究的严谨性。 2. 通过3D打印制造过程中的原位均质化消除β斑  在3D打印制造过程中，减小β斑在原位凝固微观结构中的尺寸通常有助于在后续热循环期间进一步减少偏析。但更小的β斑并不保证它们会被完全消除，局部的温度历史对于触发足够的扩散活动至关重要。在金属增材制造过程中，最终微观结构中残留的β斑取决于高冷却速率的正效应（较小的初始β斑）和负效应（热激活扩散的较短时间）之间的竞争。 3. 动态扩散模型描述3D打印中多次热循环期间的扩散行为 与基于恒定温度假设的传统扩散模型相比，本文中这种动态扩散模型有利于反映β-Ti基体中溶质Fe的扩散行为，它可以更精确的描述特定位置的偏析减少。需要注意的是，测量值和计算值之间仍然存在一些小差异，这可能归因于以下几个方面。首先，假设β斑的厚度是恒定的，与扩散过程无关，无论是在传统还是动态扩散模型中都是如此。然而，在随后的原位热循环过程中，β斑的厚度会减小。其次，将溶质浓度剖面描述为周期（三角）函数，以表示β斑的连续分布。然而，在现实中，β斑的厚度可能比贫Fe区域的厚度小，因为晶间树枝区域通常比树枝主干或分枝更薄。最后，在高温条件下，应用的Fe扩散系数可能不够准确，因为大多数已发表的数据并未涵盖固相温度以下的整个温度范围。 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：…

超高强度钢具有优异的综合力学性能，已经广泛引起了人们对其先进制造的极大兴趣。增材制造的超高强度钢具有独特的微观结构，为实现良好机械性能提供了巨大潜力。 直接打印的超高强度钢虽然微观结构存在缺陷，但具有精细的微观结构，过饱和元素固溶度，并且没有宏观偏析，具有很大的钢机械性能增强的潜力。后处理是实现其潜力的重要因素。例如热处理可以为超高强度钢提供更多的残余奥氏体，马氏体和贝氏体，从而提高零件延展性和韧性。热处理还可以消除微观偏析，显着提高零件的冲击韧性。此外机械加工可以有效改善零件表面的表面光洁度、尺寸精度和残余应力状态。 日前，重庆大学研究人员联合新加坡科技局材料研究所、中山大学、英国埃克塞特大学、美国德克萨斯大学，综述了超高强度钢增材制造的最新研究进展。本文内容介绍了该研究中关于增材制造超高强度钢的后处理技术的研究部分。 不同钢材强度-延展性图 典型超高强度钢开发顺序 1. 热处理 热处理被广泛报道为增材制造的主要后处理。回火热处理可以使微观结构均匀化并消除纹理特征。LMD制备的AerMet100钢抗裂性较差，沿晶界的疲劳裂纹扩展（晶间断裂）导致裂纹扩展速率产生各向异性。回火后疲劳裂纹扩展由晶间断裂转变为跨晶断裂模式，抗疲劳裂纹扩展能力显著提高。研究发现回火后AF185钢的微观组织主要由板条马氏体和沿板条边界的薄膜状倒奥氏体组成（图8a和b中的白色箭头）。在505 °C回火后，马氏体之间的奥氏体厚度非常薄，而在515 °C回火后，奥氏体的宽度和体积分数显着增加。热处理后钢的碳复制品的TEM工作如图8c和d所示。回火后微观结构中的析出相可识别为三种碳化物，即球形MC和M23C6碳化物（图8e和f）以及短棒M2C碳化物（图8g）。随着回火温度的升高，微观组织中的碳化物类型不会改变，而其尺寸会变得更粗。这种变化导致极限拉伸强度的大幅提高和伸长率的轻微增加，具有更好的综合力学性能。 图8 不同火温下AF1410钢的显微组织演变：（a）505 °C和（b）515 °C回火，（c）和（d）下回火的奥氏体的TEM图像：（e）MC析出物，（f）M2C沉淀，（g）M23C6沉淀的SAD。 固溶和时效热处理能够通过析出大量金属间化合物来沉淀强化超高强度钢。SLM制备的15-5PH不锈钢的标准时效处理后形成富含铜的细沉淀，获得了高屈服强度和硬度。然而，材料变脆，导致伸长率低，磨损率升高。随着时效温度的升高，牺牲了屈服强度和硬度，以获得更高的伸长率和更低的磨损率。固溶处理使微观结构均匀并降低其各向异性。研究还发现延长固溶时间可以改善均匀性，对马氏体时效钢进行了不同形式的热处理，图9a-c显示了直接打印样品的微观结构，其中可以清楚地看到由精细细胞结构组成的熔体边界。时效热处理后熔体边界逐渐模糊，熔点边界在长时间老化后最终消失（图9 d-f），而半小时固溶处理后消失（与9g-i）。固溶时效处理后，熔池边界很快完全消失，微观结构变得更加均匀（图9j-l）。因此，老化前的固溶处理促进了老化前微观结构的快速均质化。此外，固溶处理后马氏体体积分数达到99.9%，位错密度分布在马氏体板条上，更有利于时效过程中细小沉淀物的析出。 回火处理主要用于改善LUHSS，MTS和SHS的机械性能。回火消除了显着的晶粒取向并减少了微观结构中的残余应力，从而降低了裂纹敏感性。回火钢析出Fe3C，ε-碳化物和其他强化相，可显着提高拉伸和屈服强度。对于具有高合金元素含量的PHSS和MS，溶液老化是更好的选择。固溶处理得到高密度的位错，而时效处理在马氏体基体中析出大量的金属间化合物。以这种方式实现沉淀强化，显着提高拉伸强度和伸长率。 图9 热处理后样品微观结构的OM和SEM图像：（a）-（c）直接打印的样品；（d）-（f）直接时效处理；（g）-（i）固溶处理；（j）-（l）固溶时效处理。 2. 机械加工处理 通过增材制造获得的成型表面通常不如传统制造零件的表面质量，因为增材制造表面粗糙度通常不小于1 μm。使用机械加工作为后处理方法可以显着改善增材制造零件的表面光洁度。与锻造H13的铣削行为相比，增材制造零件的切削力和切削系数更高。学者研究了增材制造马氏体时效钢在不同热处理条件下的铣削行为，观察到增材制造马氏体时效钢在打印状态（图10a）和固溶状态（图10c）中表现出最小的磨损区域，而经过时效处理的马氏体时效钢都导致工具磨损显着增加（图10b和d）。由于沉淀颗粒的形成对刀具有严重的划伤作用。切割速度的影响和每齿进给量对L-PBF马氏体时效钢铣削过程中的平均粗糙度和残余应力进行了研究，图10显示了研究中获得最佳（e）和最差表面条件（f）。通过适当的切削参数可以实现表面粗糙度降低和残余应力校正的组合。其中切割速度的影响和每齿进给量对细化粗糙度水平更为显著。 图10不同工艺的刀具磨损形态 3. 其他方法 振动精加工和喷砂也可作为增材制造零件表面改性的后处理。L-PBF制备的18Ni300马氏体时效钢经过振动精加工和喷砂处理，与未经处理的样品相比表现出高的疲劳性能，可能归因于表面残余应力和粗糙度。与未处理的条件相比，振动精加工后的疲劳性能显着增强（图11a和b），这可以通过处理表面的光滑度和振动精加工上没有应力集中来解释。喷砂增强了疲劳性能，但也具有很高的表面粗糙度。这是由于高速颗粒撞击表面产生小塑性变形（图11c和d）。此外振动精加工后未热处理试样的力学性能更好，而热处理后振动精加工试件残余应力较高，喷砂试样力学性能更好。非热处理方法通常只改变零件的表面状况，例如表面粗糙度和表面残余应力。内部微观结构形貌、相尺寸和分布可通过热处理工艺进行调整。应根据零件的性能要求选择合适的后处理工艺。 图11 低 （a） 和高 （b） 放大倍率的振动完成样品的表面，喷砂样品的表面以低（c）和高（d）放大倍率。 总结 增材制造技术因其独特的成形工艺特点，越来越多地被用于制造超高强度钢零件，带来巨大的经济效益和广泛的应用场景。这项工作回顾了当前超高强度钢增材制造技术的研究，其中最重要的问题集中在增材制造超高强度钢的性能调控，特别是工艺-微观结构-性能调控。 超高强度钢的增材制造具有独特的技术优势。快速熔化和凝固循环导致亚稳定结构，这有可能提高增材制造合金的强度。尽管如此极端非平衡凝固过程也容易出现气孔、飞溅和残余应力等缺陷，目前尚未完全克服。这导致很大一部分增材制造高强度钢零件没有在关键区域使用。关于超高强度钢增材制造的文章已有大量报道。尽管对超高强度钢增材制造的微观结构演变和力学性能进行了相对深入的研究，但这仅限于少数超高强度钢。 性能对于增材制造超高强度钢零件的制备至关重要。了解缺陷的原因可以制定有针对性的优化策略，以获得无缺陷或缺陷较少的微观结构。预处理、成形工艺和后处理调节为高性能超高强度钢的增材制造提供了有利的方法，但它们组合的优势尚未被探索，综合解决方案和效果需要进一步研究。 文献参考：Additive manufacturing of ultra-high strength steels: A review https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171390 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.热等静压后处理能为金属3D打印带来什么 2.超越锻件：一种新型无需热处理的高性能各向同性3D打印铝合金 3.3D打印+热处理，使IN718的高温力学性能达到锻件水平 4.3D打印后处理 | 决定零件能否使用的最后关卡（全干货）

能够精确部署控制并实现对其性能的按需调制的主动折纸在多场景和多任务应用中是非常理想的。尽管具有形状记忆复合材料的4D打印有望实现这种主动折纸，但它仍然面临着低承载能力和有限的可转换状态等挑战。与传统组装响应材料方法制造的主动折纸不同，4D打印可以实现主动折纸的一体化成型，且其成本对折痕布局和材料分布的复杂性不敏感。目前，已经有很多基于形状记忆聚合物 (Shape Memory Polymer-SMP) 以及含有功能性填料的形状记忆复合材料的主动折纸通过4D打印构建成功。这些主动折纸大多只能在两种状态之间相互转换，即临时态和永久态，尚未开展对4D打印主动折纸形状变形的过程控制方面的研究，对其高度非线性部署过程的多物理场建模仍存在空缺，使得很多构型未被探索，很多潜力未被开发。此外，相应材料固有的低刚度特性同样限制了4D打印主动折纸的实际工程应用。 3D打印技术参考注意到，南科大熊异助理教授、葛锜教授联合团队提出了一种连续纤维增强复合材料4D打印折纸的精确部署控制策略，用于构建能够按需调控性能的，适用于多场景和多任务应用的高性能主动折纸。相关成果与2024年3月14日以 “Electrothermally controlled origami fabricated by 4D printing of continuous fiber-reinforced composites” 为题，发表在Nature Communications。 该研究围绕主动折纸可部署结构，充分挖掘新兴的纤维复合材料增材制造技术潜能，通过结构设计巧妙地利用连续碳纤维高强度、能导电、传热好的特性实现“一石三鸟”，并提出了基于电-热-机械多物理场仿真模型指导的智能复合材料电控驱动策略，最终获得一种承载能力强、状态可重构、时空可调控、形性可调制的全新高性能电热折纸。研究成果丰富了主动折纸设计-制造-调控一体化理论与方法，为新型超材料结构、多模态机器人、智能可变形飞行器的发展提供了创新路径。 基于连续纤维增强复合材料3D打印技术，该团队通过设计纤维的空间布局从而实现了连续碳纤维增强复合材料折纸的制造，并在铰链处打印连续碳纤维用于电加热激励，通过控制激励电流的时间控制电热折纸锁定在任意构型，连续碳纤维的引入大大提高了折纸的力学性能，其中橡胶态的提升尤为显著，模量从2.0MPa提升到了2.3GPa。 为探讨连续碳纤维通电时间对电热折纸形状变形行为的影响，该团队建立了电-热-机械多物理场耦合的仿真模型并通过实验验证了模型的有效性。通过仿真建立了不同目标展开角度对应的加热时间的指导模型，并以飞机形状的折纸为例展示了具有复杂变形路径的部署过程，该折纸飞机可以实现时空控制，即展开角度可控、局部可控以及顺序可控。 电热折纸的精确控制方法和原理 精确控制电热折纸能够实现可重构。在多物理模型的指导下，通过控制每个铰链的激励时间，同一个折纸条带可以部署到多种构型，包括单层、多层、以及超材料单胞构型。此外，通过巧妙的控制折纸条带的部署顺序，可以赋予折纸额外的功能，例如抓取。 精确控制电热折纸的可重构特性及其功能性抓手 基于精确控制电热Miura折纸的组合数字化架构材料 基于精确控制电热Miura折纸的可变厚度机翼 该研究还展示了利用这种精确控制电热折纸的性能按需调制能力的一些潜在应用：力学性能可调的Miura折纸单胞、力学行为可定制的组合数字架构材料、以及翼型可编程的变厚度机翼。 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46591-3 注：本文内容由作者团队提供，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.南科大&西交大：陶瓷4D打印最新研究进展 2.史玉升&吕坚院士团队：3D打印微晶格超材料！实现突破性的结构-功能一体化 3.3D打印在“推动消费品以旧换新行动”中能发挥哪些作用 4.GE航空航天6.5亿美元扩大发动机生产规模，涉及3D打印业务

2023年，3D打印技术参考报道了多家知名金属3D打印企业已经实现SLM技术近无支撑打印，但对于如何实现，多家企业讳莫如深。近日，笔者关注到华南理工大学杨永强教授、王迪教授团队联合金石三维的研究人员在中国激光发表了一篇题为“激光选区熔化成形低角度无支撑结构的方法与工艺研究”的文章。其不仅对成形机理、样件表面质量以及成形方法的适用性进行了探究，同时使用实际工业零件进行了打印验证。 01开发普适性的方法打破45°的界限 由于SLM技术的热成形特性，往往需要添加支撑结构来辅助散热以及防止热应力导致的成形件翘曲，特别是在低角度样件的成形中。目前公认的SLM最佳成形角度为45°，当样件成形角度小于45°时，便需要添加支撑结构辅助成形。添加支撑结构虽然能够有效辅助零件成形，但往往伴随着打印时间和耗材的增加、后处理难度增大以及支撑面粗糙度增大等不足，而且对于一些内部镂空或者具有复杂流道的零件来说，由于其内部支撑无法去除，因而无法使用SLM技术成形。因此，开发出一种SLM成形低角度样件的成形工艺及方法对于打印成本的降低以及SLM适用范围的增加具有重要意义。 研究团队低角度无支撑打印测试样件 国内外的部分厂家虽然实现了超低角度的工业零件成形，但其核心工艺都严格保密。与此同时，在现有的研究成果中，许多高校及企业虽然都实现了低角度样件的成形，但都没有对其成形性能进行讨论。因此，开发一种具有普遍适用性的无支撑低角度成形方法，实现大悬垂区域工业零件的有效成形，对于无支撑打印的发展及进一步突破具有重要意义。 02自适应划分工艺区域实现低角度无支撑激光3D打印 目前，SLM成形的低角度悬垂结构主要存在两种缺陷，分别是悬垂表面粘粉挂渣和悬垂区域翘曲变形。激光能量密度对悬垂样件的成形具有较为关键的作用，过高的能量密度输入会使悬垂表面质量下降，同时会增加翘曲变形的风险，减少悬垂区域能量密度输入能有效提高成形质量。 笔者在对悬垂工艺进行探究的基础上提出了一种基于下表面划分准则成形低角度悬垂样件的方法，然后对样件的表面质量以及所提成形方法的适用性进行了探讨，最后采用该方法成形了最低角度为15°的无支撑叶轮样件，验证了所提方法的有效性。 下表面工艺区划分原理及不同模型下表面工艺划分结果。（a）下表面工艺区划分原理；（b）对于固定倾角样件，不同向下比较层数T对下表面工艺区的影响；（c）变倾斜角度样件下表面工艺区的自适应调控 样件翘曲机理及向下比较层数的影响机理：（a）翘曲样件；（b）翘曲机理；（c）T=0 时的激光作用机理；（d）T≥40 时的激光作用机理 环形叶轮模型及成形样件：（a）叶轮低于 15°倾面区域；（b）叶轮低于 45°倾面区域；（c）成形叶轮顶视图；（d）成形叶轮侧视图；（e）成形叶轮叶片上表面形貌 研究团队低角度打印的实际零件 研究团队打印的低角度少支撑实际零件 研究结论如下： 1） 在水平悬垂样件成形过程中，过高的能量密度会使悬垂样件表面飞溅累积严重，在刮刀的作用下，样件的层间结合性会被破坏。过低的能量密度会导致熔道搭接不足，甚至无法成形。采用适熔工艺，样件能够实现多层的有效搭接。 2） 在适宜的工艺条件下，下表面工艺区的划分是影响低角度样件成形的核心因素。在30°成形时，只有当向下比较层数T≥40时，样件的悬垂区域才能抵抗高能内表面激光带来的热应力变形，实现低角度打印。 3） 下表面质量主要受粘粉以及熔池下陷引起的凸起的影响，而上表面除了受粘粉影响外，还会受到阶梯效应和激光扫描盲区的影响。此外，上下表面与粉末接触面积不同也是上下表面粘粉差异的主要原因。 4） 低角度样件成形时，随着样件厚度增加，样件变形逐渐加剧，而样件宽度的增加几乎不会对低角度样件的变形产生影响。 END 总的来说，该团队提出了一种基于加工层角度自适应划分工艺区域，各区域使用对应的优化工艺参数进行打印，进而实现低角度无支撑打印的有效方法，同时对成形热影响进行了深入分析，丰富了后续学者对低角度样件成形的研究手段及方向。此外，所提基于加工层角度自适应下表面工艺区域的划分方法能够有效应对变倾斜角度模型的打印，适用于各类型样件，并已成功打印最低角度为15°的无支撑金属叶轮。 注：本文内容获王迪教授支持，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.金属SLM无支撑3D打印：国内5家企业有突破 2.解析Velo3D和EOS的SLM无支撑金属3D打印解决方案 3.反其道而行之，EOS工程师介绍无支撑粉末床金属3D打印策略 4.在轨制造！人类首次太空金属3D打印相关看点

纳米到微米尺度的颗粒在生物医学设备、药物和疫苗输送、微电子、微流体和能量存储系统领域具有广泛应用。然而传统的制造方式需要在制造速度、可扩展性与粒子形状和均匀性以及粒子性能等多个因素之间进行平衡。 对此，来自斯坦福大学的研究人员介绍了一种更高效的处理技术，借助3D打印，每天可制造多达100万个具有高精度且可定制的微米级颗粒。3月13日，该研究以“Roll-to-roll, high-resolution 3D printing of shape-specific particles”为题发表在nature上，这也是本年度第二篇增材nature研究。 https://www.nature.com/articles/s41586-024-07061-4   传统的颗粒粒子制造方法包括研磨、乳化技术以及光刻等。研磨、乳化、沉淀、成核和生长以及自组装技术，是一种自下而上的制造方法，具有高通量制造的特点，但会导致导致颗粒群体异质，对形状和均匀性的控制有限。为了解决这些颗粒几何缺陷，人们开发出了直接光刻、单步滚对滚软光刻和多步模具制造等自上而下的制造方法，被证明最高能够实现每天86400个粒子的制造速度，但仍然面临同时实现微米级尺寸、几何复杂性、制造速度、材料选择和可排列性等多维度的同时控制。 总的来说，传统的粒子制造技术需要在多个因素之间进行权衡，制造方法各有优缺点。斯坦福大学的研究人员以该校迪西蒙尼实验室2015年开发的连续液体界面生产（CLIP）技术为基础，开发了一种可扩展、高分辨率的r2rCLIP 3D打印技术，使用单数字微米级分辨率的光学与连续胶卷（代替静态平台）相结合，能够快速、可变的制造和收获具有各种材料和复杂几何形状的粒子。通过这项技术，研究人员可以实现微米级精度的3D打印，同时保持高生产速度和材料选择的灵活性，为粒子制造带来了新的可能性。 r2rCLIP 3D打印装置 需要指出的是，3D打印需要在分辨率和速度之间进行权衡。宏观尺度的3D打印已经在大规模制造领域证明了可用性，如消费品、航空航天、汽车、医疗等领域。对于CLIP技术，增材领域的从业人员已经熟知，3D打印技术参考在此不再解释原理。为了实现快速且全自动的粒子打印过程，研究人员使用连续薄膜的模块化滚对滚系统取代了高分辨率CLIP打印机的传统静态构建板，实现了半连续打印和自动化的在线后处理，包括清洁、后固化和粒子剥离。选择镀铝的PET薄膜作为主要薄膜基底，在打印过程中可保持粒子粘附力高于原位正交树脂得回流力和正常吸力，同时仍允许从薄膜上剥离而不破裂。   r2rCLIP 3D打印原理  为了展示r2rCLIP在制造微尺度尺寸和复杂结构方面的潜力，研究人员设计了一系列几何复杂度不断增加的形状。这些设计不仅反映了以前2D制造和多步模具制造技术的成果，还包括一些无法使用模具制造的几何形状，体现了新技术的强大能力。研究人员将几何复杂度分为可模具制造和不可模具制造两类。 使用r2rCLIP方法进行粒子制造的一个显著优点是它固有的无模具特性，该工艺仅通过优化打印参数即可实现在阵列内部或之间改变制造的几何形状。这意味着可以生产各种粒子几何形状，而无需像以前的粒子制造方法那样更换模具。当需要调整几何要求时，这种灵活性特别有益，例如当制造多分散粒子的异质混合物的精确比例时。 由r2rCLIP制造的可塑到不可塑几何形状的SEM图像 由r2rCLIP制造的可塑到不可塑几何形状的SEM图像 通过r2rCLIP制造陶瓷颗粒以及用于药物输送 新的滚对滚高分辨率连续液体界面生产技术，能够以高达2.0微米的特征分辨率批量生产直径200微米的粒子。打印机和树脂的光学设计优化使得以高达单位数字微米的无支撑z轴分辨率打印物体成为可能。在可模具制造、多步可模具制造和不可模具制造的粒子几何形状的制造中，展示了快速可变性、复杂3D制造能力以及对各种树脂化学成分的固有适应性。此外，对于直径小于200微米的单元，快速粒子生产能够在大约24小时内实现克级潜在产量。这种可扩展的粒子生产技术已经展示了从陶瓷到水凝胶歧管等广泛领域的制造潜力，随后在微工具、电子和药物输送方面具有潜在应用。 总的来说，r2rCLIP技术有望解决当前粒子制造面临的主要工程挑战，为先进应用提供更高质量、更复杂几何形状的粒子。随着该技术的进一步发展和优化，我们期待看到它在生物医学、药物输送、微电子和其他领域的广泛应用。 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： 1.两种模式创新：3D打印为复合材料产品开发带来新思路 2.在轨制造！人类首次太空金属3D打印相关看点 3.从工艺类型到打印参数，2024年3D打印机企业采购指南 4.3D打印机安装高速套件，实现高速、高质量制造