对于LPBF金属3D打印技术，铺粉装置通常有金属刮刀、陶瓷刮刀以及橡胶刮刀几种选择，业界也一直存在着是使用软刮刀还是硬刮刀解决方案的争论。3D打印技术参考注意到，从事该技术的增材制造专家EOS，对此进行了详细解读，并最终给出了选择刮刀材质的原则。 1. 硬刮刀 EOS设备的标准选项是硬刮刀，因为它在零件质量和可重复性方面具有优势。硬质刀片可确保层厚一致，并可清除部件表面的飞溅物，这些飞溅物在曝光过程中从熔池中喷出，是导致后续层熔合不充分的高风险因素。 由于其形状和硬度，硬质刀片可在铺粉过程中压实粉末，从而提供密度更高的粉末床层。所有 EOS 标准工艺参数都是使用硬刮刀开发的，因为它们对不合适的工艺参数非常敏感。因此，可以很容易地将工艺窗口缩小到稳健的工艺参数上，从而提供稳定的工艺。 与软刮刀相比，硬刮刀具有更强的耐磨性，即使在长时间的生产过程中也能确保铺粉稳定。因此，整个部件的性能更加稳定。尽管硬刮刀通常比软刮刀昂贵，但在进行成本分析时，也必须考虑到硬刮刀的使用寿命更长，所需的维护量更少。 ▲ 采用HSS硬刮刀制造的涡轮叶片，以确保最高的零件性能 由于磨损可能会造成粉末污染并导致夹杂物，因此受严格监管的行业对软刮刀持保留意见。例如，航空航工业尤其希望在发动机应用中避免硅夹杂物。不过，这并不是排除在外的一般标准。 受益于硬刮刀优势的典型应用是在机械性能或尺寸精度方面对可重复性质量要求最高的零件，以及体积较大的零件。 硬质刮刀的主要挑战在于其刚性。如果零件与刮刀接触，就很有可能导致工作中断，而软刮刀可以适应零件的变形。零件与刮刀之间发生接触的原因包括残余应力导致的支撑失效或不合适的工艺参数导致的过热。 不过，对于高质量零件或批量生产而言，这一缺点也可以被视为优点。即使使用软刮刀完成制造工作，损坏或瑕疵最终仍会存在，如果损坏在工序下游被发现，会造成更高的成本。虽然使用硬刮刀时工作会暂停，但 AM 工程师会得到直接反馈，说明设计、支撑或工艺参数出了问题，零件必须进行下一次迭代。 另一个缺点是，由于刀片的硬度，铺粉过程中的所有摩擦力都会传递到零件上，这一事实限制了高纵横比的可制造性。在铺粉过程中，摩擦力可能会使零件弯曲或引起振动，从而影响粉末床。这一难题可以通过调整工艺参数（考虑零部件的热状况）得到部分缓解，但对于高而薄的设计来说，这仍然是一个限制因素。 ▲ 采用HSS硬刮刀制造的带有晶格结构的髋臼杯 然而，用于医疗应用的晶格结构等精细物体表明，在调整工艺参数时，使用硬刮刀可以相当容易地制造出易碎部件。髋臼杯就是一个很好的例子，它的结构精细，但质量要求高，硬刮刀可以证明它的优势。 EOS设备有两种不同类型的硬刮刀：HSS（高速钢）和陶瓷。根据所用材料的不同，必须选择不同的刮刀配置。对于大多数材料来说，使用高速钢刀片是因为即使刀片经过硬化处理，仍具有一定的延展性。因此，与陶瓷刮刀相比，与零件接触后出现缺口的风险较低。不过，如果在粗加工后出现缺口，例如由于支撑失效，则不必更换刀片，只需仔细打磨即可。 ▲ 陶瓷刮刀 如果材料是可磁化的，则必须选择陶瓷类型的刮刀。否则，粉末会粘附在刀片上，并在铺粉过程中产生条纹。EOS 产品系列中的此类材料包括 CX、PH1、17-4PH 或 MS1 等钢材。与高速钢刀片不同的是，由于陶瓷的脆性，无法磨削潜在的缺口。不过，这种材料非常耐磨。 2. 软刮刀 软刮刀的主要优点是在于铺粉过程中减少刮刀对零件的作用力。由于软刮刀更加灵活，因此如果摩擦力过大，刮刀可以让位；如果零件变形并粘连在粉末床中，刮刀可以在一定程度上适应零件的轮廓。因此，软刮刀的优势主要体现在两个方面： 1）能够更轻松地制造高纵横比零件和易碎特征； 2）降低因刮刀堵塞而导致工作中断的可能性。特别是在原型制造中，短期效果往往比确保零件质量更重要。这就是为什么许多服务提供商通常使用软刮刀，以满足紧迫的交货时间表。 之前在与硬刮刀的比较中已经简要提到了软刮刀的主要缺点。由于无法确保在整个成型高度上都能保持稳定的铺粉效果，刮刀的磨损增加会影响长时间成型作业的零件性能。此外，在零件变形的情况下，例如由于与基板的附着力不足，虽然工作仍在继续，但零件的尺寸精度很可能不符合规格。因此，工作的成功完成并不一定意味着零件符合规格要求。 不过，软刮刀是一种有用的工具，其需求是由应用驱动的。对于某些具有上述特点的应用，它可以成为最经济的解决方案：高纵横比、易碎特征或需要短期效果。 EOS 提供三种不同的软刮刀，一个是碳纤维刷刮刀，另一种是用于 EOS M 290 的上述两种聚合物刮刀：硅树脂和丁腈橡胶（NBR）。 碳刷刮刀配备了一组短碳纤维，安装在一个支架上。与聚合物刀片相比，它可能略有优势，但价格更贵。在与零接触的情况下，由于碳纤维可以在一定程度上向一侧弯曲，因此刮刀永久损坏的概率略低于聚合物选项。此外，摩擦力的影响更加局部化，因为零件只与一定量的纤维发生作用，这使其更适合制造易碎零件。 用于 EOS M 290 的两种聚合物刮刀也可用于大型框架系统 EOS M 400 和 EOS M 400-4。最简单的区分方法是看颜色：硅胶刀片是透明的，丁腈橡胶刀片是黑色的，但在性能和使用条件方面也有区别。NBR 材料的指定使用温度不超过 80 °C，而硅胶材料则适用于温度较高的构建工作。 ▲ 硅胶刀片（透明），丁腈橡胶刀片（黑色） 为了展示新型聚合物软刮刀的能力，EOS制作了一些高纵横比部件，并在其上印上 EOS M 290 字母，以进一步增加挑战性。该公司使用 Materialise Magics 制作了树支架，其最大纵横比为 66（直径 2.5 毫米，高度 165 毫米）。上面的 EOS M 290…

近日，3D打印技术参考注意到，墨尔本理工大学马前教授团队采用3D打印技术开发了钛合金晶格拓扑超材料，由此制造的结构具有镁合金同等密度（1.85g/cm³），但屈服强度大大提高。研究人员于2023年12月31日，在Advanced Materials在线发表了题为“Titanium Multi-Topology Metamaterials with Exceptional Strength”的文章。需要指出的是，马前教授领导的团队于2023年还发表了Nature重磅研究(点击)。 DOI:10.1002/adma.202308715 机械金属超材料由互连的支柱、板、片或壳组成，其空腔或孔径范围为亚毫米到毫米级，通常以重复单元排列。它们是一类新兴的多功能材料，具有固体材料或传统多孔材料无法实现的多功能性。然而，很少有金属晶格超材料能够实现明显优于镁的机械性能，例如密度相似（≤1.8g/cm³），但屈服强度能超过200MPa。这使得这些新型轻质材料无法用于更广泛的应用，如需要显著承载和耐热或耐腐蚀特性的应用。 具有亚毫米至毫米通道直径的空心支柱晶格（HSL）金属超材料是机械超材料家族的新研究方向。粉末床熔融 (PBF) 增材制造技术的出现让制造挑战逐渐消除，其可以大大简化并能制造更为复杂化的拓扑结构。其中一个例子是通过LPBF技术3D打印具有复杂空心支柱晶格的Ti6Al4V超材料。此类结构表现出出色的结构效率，其机械性能超过了同等密度的固体支柱晶格（SSL）材料，使其成为高效的基于支柱的晶格拓扑。 3D打印的常规晶格结构与空心支柱晶格  但其仍然存在严重的结构缺陷，这些缺陷源于复杂的空心节点区域应力集中。这些应力集中会导致局部椭圆化和裂纹，造成晶格结构过早失效。引入节点加固可以有效减轻节点区域的应力分布，但研究发现这种策略仍然会导致负载未对齐的空心支柱中出现显著的接近零应力区域。 传统的固体支柱晶格（SSL）比相同密度的空心支柱晶格（HSL）弱，它不适合用于基于HSL的多拓扑设计以进行强化。最近的研究发现，薄板型格子结构（TPL）可以有效分布应力。为了在不妨碍其多功能拓扑的情况下提高空心支柱晶格（HSL）的机械包络，研究人员建议将TPL拓扑集成到HSL拓扑的内部中空空间中，创建协同薄板空心支柱晶格 (TP-HSL) 拓扑，以利用每个格子的结构优点。该策略与以前的多拓扑晶格设计不同，它是在晶格设计空间中随机或确定的放置各种晶胞单元。它创建了一个两级相干架构，提供高机械强度，同时是开孔的，以保留HSL拓扑的多功能，例如用于流体控制或混合、增强的仿生学和热导率控制。 研究人员提出的多种拓扑集成策略 研究人员提出多种拓扑集成策略，其中由亚毫米厚的Ti-6Al-4V片层组成的简单立方TPL单元嵌入到简单立方Ti-6Al-4V空心支柱晶格HSL的中空空间中，形成单一Ti-6Al-4V薄板集成空心支柱晶格（TP-HSL）。通过选择一致的晶胞设计（例如简单的立方晶格单元），可以轻松实现协同拓扑，因为支柱和板遵循一致的方向，无需晶胞操作。此外，这种TP-HSL拓扑结构旨在将所有负载未对齐的水平支柱牢固的互连到负载对齐的板，从而确保有效的应力分布，进而实现高结构效率。 HSL（左栏）和 TP-HSL（右栏）连续体模型进行各向同性线弹性分析 Ti-6Al-4V之所以被选为TP-HSL材料，是因为它具有中等密度、高强度、优异的耐腐蚀性以及在各种腐蚀性介质（海水、氧化酸、氯化物、火箭推进剂）中具有成本效益，同时它可以被用来使用LPBF工艺打印，还具有丰富的数据库，适合各种应用条件。这些特性使其成为许多关键应用的首选材料，也是金属增材制造领域研究最广泛的合金。 LPBF工艺制造的Ti-6Al-4V TP-HSL试样 不同密度Ti-6Al-4V TP-HSL和HSL试样对单轴压缩的机械响应及其失效模式 与现有金属晶格的性能比较 最终，由Ti-6Al-4V 3D打印的集成空心支柱晶格超材料的密度分布在1.0–1.8g /cm³之间，其相对屈服强度远远超过了所有蜂窝金属的经验上限，包括由各种金属合金制成的空心支柱晶格（HSL）和固体支柱晶格 (SSL)超材料。此外，它们的绝对屈服强度大大超过具有相当密度的镁合金，同时继承了Ti-6Al-4V的高耐腐蚀性、生物相容性、耐热性和其他独特属性。总的来说，钛多孔晶格拓扑超材料拓展了轻质多功能金属材料的边界。 本研究中设计的Ti-6Al-4V TP-HSL材料由于其密度低和高屈服强度（>250 MPa），再加上Ti-6Al-4V的固有特性，如良好耐热性（高达350 °C）、显著的耐腐蚀性和生物相容性，它们可以用作高超音速飞行器等要求严格的热防护系统的核心结构。特别是，当用高温钛合金Ti-SF61打印时，它们可以进一步在高达600°C的温度下使用。这些重要的特性也使它们成为钛无人机的潜在选择材料，用于近距离和延长飞行时间监测或扑灭丛林大火或严重工业火灾。其他应用包括用作植入材料以及在国防和航空航天领域替代镁合金部件的轻质结构（更轻、更强、更耐热、更耐腐蚀）。然而，对于需要高效流体流动的应用，这些TP-HSL设计可能不是最佳解决方案，因为它们会损害流体流动性。从设计角度来看，当前TP-HSL架构的结构效率可以进一步提高。 注：本文内容转自增材制造技术前沿。 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： 1.2023年国内3D打印领域被广泛关注的十大重要事件 2.四千字！2023年国内(准)工业级聚合物、陶瓷、砂型3D打印技术发展成就 3.五千字！2023年国内金属增材制造技术发展成就总结 4.汇总：2023年3D打印《Science》《Nature》正刊文章，共11篇

一项针对3D打印行业的最新调查显示，大多数3D打印行业的领导者预计2024年增材制造的内部和外部业务环境将呈现积极态势。该调查对120位3D打印行业领袖和专家进行信息统计，包括相关创始人、总裁、执行董事、所有者、分析师和投资者，如3D Systems总裁兼首席执行官、Stratasys首席工业业务官、Materialise首席技术官、Lithoz首席执行官、6K Additive总裁、UltiMaker首席执行官、巴斯夫 Forward AM首席执行官等。这些行业专家对2024年的3D打印行业发展趋势做出了以下预判。 1. 跨行业广泛采用：增材制造技术的重大进步给各个行业带来了变革性影响，包括半导体、消费品、航空航天、国防、医疗设备和牙科行业。 2. 供应链创新：增材制造越来越多地集成到各行业的生产应用中，以减轻供应链中断。它实现了本地制造，减少了物流成本、供应商数量以及由于碳足迹造成的环境影响。 3. 医疗保健和医疗设备：医疗保健行业大力采用增材制造，尤其是在生产护理点的医疗器械方面。医院和外科中心正在投资个性化医疗设备和工具的增材制造解决方案。 4. 牙科行业的个性化：增材制造在牙科行业中发挥着至关重要的作用，从模具制造的间接生产转向牙科设备和器具的直接生产。 5. 消费品创新：消费品行业，特别是电子行业，越来越多地采用增材制造来加快产品开发和创新。6. 与人工智能和自动化的集成：人工智能和自动化在增材制造中的集成正在提高精度和速度，促进大规模生产。 7. 材料和软件焦点：人们越来越重视开发增材制造的新材料和软件，从而扩大制造的可能性。 8. 挑战和行业整合：增材制造行业面临挑战，导致一些整合，但也存在增长和差异化的机会。 9. 教育和培训：该行业正专注于培训和劳动力发展，以克服整合挑战，促进增材制造技术的更广泛采用。 10. 扩展到新市场：增材制造正在从原型制造转向小批量生产工业产品，渗透到各个市场。 11. 可持续性和环境影响：增材制造行业越来越注重制定可持续政策和实践。 12. 3D打印工艺的进步：业界期望3D打印技术取得进步，速度更快、尺寸更大、稳定性更高。 13. 市场成熟度：增材制造市场正在日趋成熟，重点是批量生产，尤其是金属增材制造领域，并转向更稳定和可持续的商业模式。 14. 协作和生态系统发展：3D打印的成功取决于包含硬件、软件、材料和培训的完整生态系统内的协同作用。 15. 建筑和其他领域的3D打印：随着大型项目和多功能建筑3D打印机的出现，在建筑和其他领域使用3D打印的趋势正在显现。 16. 增加材料开发和过程自动化：新材料的开发和制造过程的自动化是主要趋势。 17. 关注零件质量和安全：确保零件质量和解决增材制造生态系统中的网络安全威胁变得越来越重要。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： 1.2023年中国出口3D打印机355万台，总额61亿！进口6千台，总额4.6亿！附进出口数据分析 2.盘点：2023年值得关注的3D打印新材料、新工艺和新应用突破 3.2023年国内3D打印领域被广泛关注的十大重要事件 4.2024年13份重要的增材制造科研期刊

2017年9月，Nature刊登了一篇题为“3D printing of high-strength aluminium alloys”的文章。HRL实验室通过引入控制凝固的成核剂纳米颗粒来解决3D打印过程中产生的大柱状晶粒和周期性裂纹，并将其组装到7075和 6061系列铝合金粉末上。在使用成核剂进行功能化后，发现这些以前无法进行3D打印的高强度铝合金不仅可以使用SLM技术成功加工，同时实现了无裂纹、等轴、细晶粒的微观结构，从而使材料强度与锻造材料相当。 https://www.nature.com/articles/nature23894 将纳米粒子组装到金属粉末上 基于该研究，HRL推出了商业化的高强铝合金7A77.50/7A77.60L，并于2019年投放市场，并获得了第一个客户——NASA；2022年，该材料被美国陆军用于3D打印直升机零件；2023年，7A77.60L被批准用于一级方程式赛车。此外，该材料还被用于热交换器制造。 2023年4月，NASA技术团队以“A 3D printable alloy designed for extreme environments”为题在Nature发表了关于最新开发的GRX-810超级合金的相关研究，涉及其微观结构、机械性能以及与当前同类型增材制造合金的比较。 https://www.nature.com/articles/s41586-023-05893-0 该新材料是一种氧化物弥散强化合金，被命名为GRX-810，可以承受超过1000℃的温度，更具延展性，比现有最先进的合金寿命长1000倍以上。该材料的主要成分为Ni-Co-Cr基合金，使用集成计算材料工程技术创建，并使用一种新的高能混合技术成功将重量百分比为1%的Y2O3包覆在NiCoCr粉末颗粒上，粉末粒径为10-45μm，借助增材制造工艺将纳米级氧化钇颗粒融入其整个微观结构中，从而带来显著的性能增强。总的来说，这是具有卓越温度和抗氧化特性的新型材料。 将重量百分比为1%的Y2O3包覆在NiCoCr粉末颗粒上 与之前的合金相比，新材料在1093°C时的抗拉强度提高了35%，延展性提高了三倍 该材料的应用进展非常快速。2023年上半年，EOS、3D Systems均采用自家金属3D打印机实现了GRX-810的粉末床激光3D打印，并对性能进行了验证。 据NASA 2024年1月消息，GRX-810在工程化应用方面取得了新进展，由该材料3D打印的液体火箭发动机已成功进行热火测试。发现，与测试的其他合金相比，GRX-810样品的蠕变强度显著增加。 GRX-810新超级合金3D打印火箭发动机成功测试 GRX-810 3D打印的部件 NASA优先考虑GRX-810合金的早期材料开发，以建立符合预期机械和热物理性能的最佳工艺参数。同时，在GRX-810推进的初始阶段，重点放在了组件开发上，以验证可以成功构建预期的复杂几何形状。GRX-810被提议用于多种应用，特别是热交换器、涡轮机械和在高热通量环境中运行的部件。在液体火箭发动机的背景下，具体应用包括设计用于减轻涂层面板、再生冷却喷嘴和涡轮泵中的喷射器。选择示例如图7所示。NASA使用GRX-810借助激光粉末床熔融工艺构建了涡轮叶盘、具有内部特征的导流器、喷射器、再生冷却喷嘴、涡轮叶盘以及带整体端口的涡轮叶片。 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.取得商业化最成功的3D打印Science研究 2.3D打印新突破！2024年第二篇Science研究！ 3.Fraunhofer ILT使粉末床激光3D打印的飞溅减少了4倍 4.2023年国内3D打印领域被广泛关注的十大重要事件

如今，权威学术杂志Science和Nature每年均会发布十几篇关于3D打印技术的研究，但真正取得商业化应用的却并不多。目前商业化最成功的3D打印Science级别研究，是2015年3月20日发表的“Continuous liquid interface production of 3D objects”一文。 这篇文章讲述的是连续液面成型技术。紫外光固化液态树脂3D打印被描述为已经历了三代产品发展：第一代是立体光刻技术（SLA），采用激光逐点扫描单一材料液态树脂；第二代被称为数字光投影技术（DLP、LCD等），使用投影实现图案的层曝光成形；第三代为连续液面制造技术（CLIP等），通过不同的窗口配置实现高达3000毫米/小时连续不间断制造，比传统光固化技术高25-100倍。此外还有树脂喷射技术，也属于光固化技术的一种。 CLIP技术是对传统DLP技术的发展。普通DLP的打印过程，要经历曝光、平台抬起、树脂填充以及平台下降再次曝光四个步骤的循环；而CLIP的打印过程要简单的多，它只有持续曝光和上拉过程。两者的区别一目了然，DLP打印过程中平台上升下降繁复，原因在于DLP成型时每一层成型完必须抬起足够的空间以流入树脂，再下降一定的距离保证分层厚度，而且新曝光的一层又极容易与树脂槽底部粘接（导致树脂槽寿命有限）。 传统DLP与CLIP技术的打印过程比较 CLIP技术依赖所谓Dead Zone的氧阻聚效应，可避免成形层与树脂槽的黏连，因而可以连续无间断打印，同时具有极高的制造精度。当年的论文指出，这项技术适用于打印软弹性材料 、陶瓷 和生物材料，并认为其有潜力将增材制造的实用性扩展到许多科学技术领域，并降低复杂聚合物的制造成本。 论文指出CLIP技术具有极高的细节制造能力 实际上，CLIP技术的开发公司Carbon3D也确实取得了巨大的商业成功。其打通了影响3D打印技术落地应用的几乎所有关键环节：软件设计、材料性能以及生产级别的打印速度，因此其不仅仅是一家3D打印设备制造商，还是一家材料商和软件公司。其开发出了影响至深的晶格设计和优化软件以及一系列可编程树脂，为商业化应用铺平了道路，获得多轮数亿美元的融资。 在商业模式方面，Carbon采取只租不卖的模式，按年收取费用。这一方面降低了终端用户尝试Carbon技术的初期投资压力，另一方面也使得终端用户在面临Carbon后期设备技术更新的时候，能更轻松的切换到更新版本的设备。 帮助其取得商业化最成功的助力无疑来自与阿迪达斯的合作，双方也可谓是互相成就。而如今，Carbon3D依赖Clip技术已经将3D打印应用覆盖至消费品、汽车、牙科、运动、工业等多个领域，在17个国家/地区拥有客户，合作伙伴多为国际大牌，并持续在全球范围内扩张。 Adidas 3D打印运动鞋底的成型过程 尤其值得注意的是，该公司在取得商业化成功后并未如同当年的其他独角兽一样进行一系列收购，而是专注于这项技术的商业发展。而Desktop Metal就是典型的反面案例。 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： 1.3D打印新突破！2024年第二篇Science研究！ 2.国金证券：消费电子钛合金打造百亿蓝海，3D打印进入“2.0时代” 3.工人就业会影响建筑3D打印的未来发展吗？ 4.2024年13份重要的增材制造科研期刊

2024年3D打印技术领域第二篇Science文章于2月8日发表。 来自澳大利亚昆士兰大学（Jingqi Zhang等）、重庆大学（ZiyongHou、XiaoxuHuang）、丹麦技术大学的联合团队发表了题为“Ultrauniform, strong, and ductile 3D-printed titanium alloy through bifunctional alloy design（通过双功能合金设计实现超均匀、高强度且具有延展性的3D打印钛合金）”文章。3D打印制备的钛合金达到926MPa的屈服强度和26%的延展性，实现了强度与延展性的均衡。 链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj0141 研究背景在金属3D打印过程中，经常会出现粗大的柱状晶粒和不均匀分布的相，导致机械性能不均匀甚至较差。研究涉及一种设计策略，可直接通过3D打印获得高强且性能一致的钛合金的方法。研究表明，在粉末金属混合物中添加钼（Mo）增强了相稳定性，并提高了3D打印合金的强度、延展性和拉伸性能的均匀性。Science同期评论文章指出，该方法有望应用于其他粉末混合物，并能够定制具有增强性能的不同合金。 导致金属3D打印合金性能不均匀的主要原因是：在逐层3D打印过程中，通常具有103-108K/s的高冷却速率，在金属粉末熔化的熔池边缘和底部附近形成显著的热梯度。热梯度引起沿着新熔化材料和下面固体材料之间的界面外延晶粒生长，晶粒朝熔池中心生长。多层打印过程中的加热和部分重熔循环最终导致形成大的柱状晶粒和不均匀分布的相，这两者都是不希望出现的，因为它们可能导致各向异性和受损的机械性能降低。 各类金属材料的强度-延展性 钛合金是应用最广泛的金属3D打印材料之一。在环境温度下的工程应用中，合适的钛合金通常表现出10％-25％的拉伸伸长率，这反映了良好的材料可靠性。尽管更大的伸长率（延展性）有利于更容易成型，并且在某些应用中具有优先地位，但在该伸长率范围内增加强度对于承受机械负载来说通常被优先选择。在加工金属材料的传统和增材制造技术中，一直需要考虑强度和延展性之间的平衡。 提高强度和延展性的策略与限制 提高3D打印合金强度和延展性的策略有多种。其中包括优化合金设计、工艺控制、细晶界强化和晶粒微观结构改性，还包括抑制不需要的（脆性）相、引入第二相以及进行后处理。目前，解决柱状晶体和不良相问题的研究集中在原位掺入元素来改变微观结构和相组成。这种方法还促进了等轴晶体的形成，即沿纵轴和横轴晶粒尺寸大致相等的结构。原位合金化为克服强度和延展性之间的平衡为题提供了一条有前途的途径，特别是在粉末床熔融和定向能量沉积等3D打印技术中。 研究人员对向3D打印合金中添加不同元素时的晶粒形态和机械性能进行了探索。例如，将纳米陶瓷氢化锆颗粒掺入不可打印的铝合金中，得到可打印且无裂纹的材料，具有与锻造材料相当的细化等轴晶微观结构和拉伸性能。然而对于钛合金，市售晶粒细化剂通常对晶粒结构的效果有限。钛合金的细化机制，特别是3D打印凝固过程中的柱状到等轴转变已被广泛研究，但效率限制仍然存在。克服这一障碍的尝试包括改变加工参数、高强度超声应用、通过合金设计引入所需的异质结构、添加溶质作为异质成核位点的晶粒细化剂 ，以及具有高过冷能力的溶质的掺入。诸如β-共析稳定剂元素Cu、Fe、Cr、Co和Ni，这些元素限制了在钛中的溶解度。 新研究带来的重大突破 研究人员此次没有使用可能导致钛合金中形成脆性金属间共析体的β-共析稳定剂元素，而是选择了来自β-同晶族的Mo [包括铌 (Nb)、钽 (Ta) 和钒 (V)] 用于Ti-5553（Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr）。原位合金化过程中，将钼精确输送到熔池中，在每层扫描期间充当晶体形成和细化的籽晶核。Mo添加剂促进了从大柱状晶向细等轴和窄柱状晶结构的转变。Mo还可以稳定所需的β相并抑制热循环过程中相异质性的形成。 Ti-5553钛合金掺Mo表征 研究人员比较了Ti-5553+5Mo与在L-PBF状态和打印后热处理下生产的Ti-5553（以及 Ti-55531和 Ti55511）的屈服强度和断裂伸长率。与制造状态下的Ti-5553及其类似合金相比，Ti-5553+5Mo显示出相当的屈服强度，但显著提高了延展性。打印后热处理通常用于平衡L-PBF生产的Ti-5553的机械性能。尽管在某些热处理条件下可以实现高屈服强度（>1100 MPa），但延展性通常会大幅恶化，断裂伸长率<10%，这限制了在安全关键型应用中的使用。例如，作为钛工业中所谓主力的Ti6Al4V，建议使用的最小断裂伸长率为10%。相比之下，无需下游热处理，Ti-5553+5Mo材料L-PBF直接打印件就表现出优异的强度和延展性平衡，这使其在在类似合金中脱颖而出。最终，研究人员通过该策略制造了具有优秀性能均匀性的材料，屈服强度926MPa，断裂伸长率26%。 L-PBF生产的Ti-5553的显微组织和力学性能 L-PBF生产的Ti-5553和Ti-5553+5Mo的机械性能 相对于Ti-5553，Ti-5553+5Mo的机械性能异常均匀且机械性能得以提升。通过微焦点计算机断层扫描 (micro-CT)发现，以评估零件质量，两种材料均表现出非常高的密度，总孔体积分数分别为0.004024%和0.001589%。如此高的密度表明孔隙率不太可能导致Ti-5333高度分散的拉伸性能，并且也与Ti-5553+5Mo机械性能的高度一致性相符。 为了揭示Mo添加对晶粒结构的影响，研究人对Ti-5553和Mo掺杂的Ti-5553进行了电子背散射衍射（EBSD）表征。Ti-5553的微观结构由沿扫描方向相对较大的晶粒组成，表现出很强的晶体织构。在Ti-5553中添加5.0wt% Mo会导致晶粒结构和相关晶体结构发生显著变化。许多细小的等轴晶粒（直径约20μm）非常明显，沿着Ti-5553+5Mo的扫描轨迹边缘形成。相比之下，Ti-5553+5Mo的显微组织的特征为沿构造方向细小的等轴晶和窄的柱状晶。对微观结构的仔细检查揭示了细小柱状晶粒的周期性分布。与Ti-5553中高度织构的柱状晶跨越多层不同，Ti-5553+5Mo中柱状晶的长度尺度由熔池尺寸决定，并且晶体织构变得随机且弱。 Ti-5553和Ti-5553+5Mo的显微组织表征 Ti-5553和掺钼Ti-5553的相分析 由Ti-55535制成的断裂试样的EBSD表征 END 然而，研究人员在微观结构中识别出了未溶解的钼颗粒，并且它们的潜在影响尚不清楚。事实上，原位合金化策略中未溶解颗粒的随机存在引起了与机械和腐蚀性能相关的担忧。例如，原位合金添加颗粒的完全熔化可能需要更高的能量，并且过热可能导致微观结构改变和机械性能变差。此外，未溶解的Mo颗粒引起的动态疲劳和腐蚀性能尚不清楚。尽管打印后热处理可以消除未溶解的颗粒，但它可能会改变微观结构，从而可能影响机械性能。 总的来说，本篇Science研究提出的设计策略为探索不同的金属粉末原料、不同的可打印合金系统、不同的3D打印技术以及先进的多材料打印开辟了一条途径。它还能够抑制柱状晶粒的形成并防止不良相的不均匀性。这些问题是由于不同的热分布而产生的，而热分布受每种粉末的打印参数的影响。该策略还克服了打印状态下的强度与延展性的平衡，最大限度减少了打印后处理的需要，这些优势无疑将在3D打印领域引起研究热潮。 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年首篇Science，3D打印应用突破！ 2.汇总：2023年3D打印《Science》《Nature》正刊文章，共11篇 3.Fraunhofer ILT使粉末床激光3D打印的飞溅减少了4倍 4.发表于Nature：通过增材制造获得高强、高延展高熵合金

Fraunhofer ILT正在使用Cailabs公司开发的CANUNDA波束整形系统开展粉末床激光3D打印研究。其使用光斑直径均为180μm的高斯光束和环形光束，均以1800mm/s和1kW的速度在Aconity机器上打印镍基合金。 通过将光束整形为贝塞尔环形光束，实现了以下效果： 允许粉末在打印过程中获得更好的热分布，速度大于10米/秒的粒子减少了4倍； 通过环形整形向保护窗喷射的颗粒明显减少； 由于光束整形，可以在不损坏保护窗的情况下在整个平台上打印； 同时，环形光束使打印速度可以进一步提升，使生产效率更高，从而提高机器的投资回报率。 双方正在开发能够兼容更大功率激光器的设备，目标是到2024年实现比当前技术水平快10倍的打印速度。 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.光束整形+优化球形粉末质量，使3D打印速度提升9倍 2.航天增材专家：超大尺寸、超多光束SLM 3D打印设备的应用场景、前景及问题分析 3.光束整形技术对提高金属3D打印质量、获得定制组织、降低成本具有重要价值 4.2024年13份重要的增材制造科研期刊

2024年2月３日，智星二号A星（济高科创号）搭载中国长征火箭有限公司的捷龙三号遥三运载火箭在广东阳江附近海域点火升空，卫星顺利进入预定轨道，太阳翼和二维扫描雷达相控阵天线顺利在轨展开，卫星建立对日姿态，发射任务取得圆满成功。智星二号A星的成功入轨，标志着智星空间具备了200公斤及以上级别整星研制能力，以及X波段SAR载荷的总体设计能力，成为国内第一家具备卫星与雷达载荷一体化设计的商业航天公司。 智星二号A星（SmartSat-X1星）是智星空间自主研发的、采用星载一体化设计的合成孔径雷达（SAR）卫星。该设计采用平板构型设计，适合未来的一箭多星串联发射，因此对零部件的轻量化及小批量快速制造有着较高的需求。金属3D打印技术在加工商业航天大尺寸、复杂结构零部件时具有先天优势，并可以在保证零件质量性能的同时实现零件的批量生产，帮助客户降本增效。 铂力特为智星空间打印了1件卫星星体结构和3件阵面板结构。其中阵面板结构外形尺寸为1300mm×980mm×20mm，星体结构外形尺寸为1300mm×1126mm×335mm，是目前国内在轨应用的最大3D打印卫星结构。星体结构和阵面板均采用AlSi10Mg材料，为大尺寸蒙皮点阵结构，蒙皮厚度和点阵丝径设计仅0.5mm。铂力特产品团队充分分析了零件的特点及使用工况，通过工艺攻关，解决了大尺寸面板类蒙皮点阵结构零件变形的难题。同时用两台铂力特BLT-S1000设备并行打印，保证了项目进度，助力智星二号A星成功发射，后续将持续开展在轨测试工作。 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.又一大型增材展！2024 AM China 3D打印展五展联动 2.2024年13份重要的增材制造科研期刊 3.2024 TCT亚洲展预约参观通道正式开启！ 4.第六届SAMA增材制造大会暨联泰科技分论坛流程公示

根据 IDC，2023 年 Q3 全球智能手机出货量为 3 亿部。目前智能手机的机身大多为三明治结构，由屏幕-中框-金属或玻璃后盖三层构成。目前手机中框主流材料包括铝合金、不锈钢、钛合金。 铝合金是如今手机最为常用的金属材料，铝合金中框工艺成熟，一般采用压铸或 CNC方法进行加工，生产良率高，成本相对较低，重量轻，导热性优，耐腐蚀度尚可，缺点则是强度较低，易磕碰留痕。 不锈钢目前一般应用于高端机型，相比于铝合金有更高的强度和硬度，不易弯折和磨损，缺点是生产良率低、成本高，且会提高机身重量。 钛合金相比铝合金和不锈钢，钛合金能够兼顾轻量化和高硬度，满足 3C 产品轻薄化需求，应用于消费电子领域主要存在加工难度大、成本高等问题。 以目前主要的中框金属为例，7 系铝合金（航空级）的密度为 2.81g/cm3，导热系数130W/(m·K)，具备轻量化、加工难度低的优势，但硬度只有 150HB；316 不锈钢密度较大，为 7.9g/cm3，但 187HB 的强度优于铝合金；TC4 钛合金密度 4.51g/cm3，却有着远高于铝合金和不锈钢的硬度，缺点是导热系数较低，在 CNC 切削过程中工艺难度大。 目前，钛材料已经初步应用于手机中框。已上市的产品包括使用 5 级钛（Ti-6Al-4V）的iPhone15 Pro/Pro Max 和使用了 99%TA-2 钛金属的 Xiaomi 14 Pro 钛金属特别版，三星Galaxy S24 Ultra 也采用钛合金中框。可以看到，由于 3C 数码领域市场竞争愈发激烈，各大厂商纷纷加紧旗舰产品的布局，不断提升用户体验感。 手机中框、折叠屏铰链、手表钛合金渗透率持续提升 预计 2027 年手机中框拉动钛合金用量达 0.7 万吨，增厚钛材行业 3%需求。钛合金由钛精矿加工成海绵钛，再进一步加工成钛材。2022 年全球钛材产量达 21 万吨，测算可得，2027 年全球钛合金手机中框耗钛量为 0.7 万吨，增厚行业 3%需求，2021 年我国钛材行业 CR3 达 47%、宝钛股份、西部超导、西部材料位列前三。考虑钛合金批量导入 3C 行业，钛合金中框和铰链有望为钛材整体市场贡献长期增量；提前布局钛合金市场和掌握钛合金关键材料加工技术的标的有望充分受益。 钛合金材料加工难度高，拉动制造端耗材、设备需求增长。钛合金硬度高、易黏连等特性导致加工成本较高，根据创世纪公告数据钛合金手机中框加工耗时约为铝合金中框的 3-4 倍。根据我们测算，24 年钛合金手机中框加工刀具、加工设备市场空间预计分别达到 31.5/177 亿元，其中除对传统 CNC 需求拉动外，新材料应用也有望加速 MIM/3D 打印等新技术路线渗透率提升，带来相关公司投资机会。同时目前刀具、CNC 设备、3D 打印设备等关键环节国内企业竞争力较强，在过去已经实现了较高的国产化率，头部企业具有较高市场份额，面对新的增量市场受益的确定性也较强。 折叠屏：预计2027年折叠屏铰链市场达333亿元，钛合金、3D打印逐步应用 根据…

在龙年春节假期来临之际，为保证某产业化客户大尺寸FS621M系列金属增材制造设备快速投入生产，华曙售后、生产团队仅用5天圆满完成设备装机交付，创下“华曙速度”新纪录，为客户春节假期如期生产提供了高效保障。华曙高科表示，这充分体现了华曙团队的快速响应能力和设备的成熟稳定，也展示了华曙高科核心竞争力——助力产业化大客户复购设备迅速投产。 全力以赴，助力产业化客户复购设备迅速投产 FS621M系列机型是某产业化客户复购、安装的华曙高科第36台金属增材制造设备。自2019年合作至今，该客户对于设备打印品质和交付能力尤为看重，华曙高科快速响应的本地化专业服务，始终为该产业化客户的批产保驾护航，获得了客户的高度好评。 按照行业内正常速度，此类大尺寸金属增材制造设备的安装调试和验证共需15天左右。为了满足客户“春节期间照常生产”的要求，自2月2日开始，华曙高科售后服务与设备生产团队做了高效的现场计划和完善的前期准备，通过实行两班倒工作安排，夜以继日，全力以赴，又得益于充分成熟的FS621M系列设备装调经验，创下了交付史上“华曙速度”新纪录——仅用5天时间，便保质保量完成了设备安装、调试等工作，并成功打印多激光搭接件及大尺寸测试件，顺利交付给客户，助力产业化客户实现早验收、早生产、早交付。 驻厂服务，2023年现场工作超7800小时 华曙高科表示，该产业化大客户发展至今已有12个年头，是国内金属3D打印的先行者，见证了金属3D打印行业的进步和发展，目前已完成8万余个各类金属材料的3D打印制造交付，产品质量可靠，交付周期可控，这也与华曙售后服务团队驻厂服务的“保驾护航”息息相关。 2023年，华曙高科售后服务团队在该产业化客户处驻厂工作时长达7885个小时，服务内容包括现场检视、维护保养、实时监控、故障处理，赋能客户运维能力等，并成立备品备件库，保障设备顺利高效运行。目前，华曙高科售后团队已做好春节期间全球客户端应急响应政策，全力保障客户生产如期顺利开展，力求“为客户创造价值”。 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.盘点：2023年值得关注的3D打印新材料、新工艺和新应用突破 2.年后第一大展！AM CHINA增材技术/粉末冶金/先进陶瓷，要对比着看！ 3.GRX-810新超级合金3D打印火箭发动机成功测试 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