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

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

在过去的十年里，发表的有关增材制造的学术文章数量激增。工程和材料科学领域的知名期刊不仅涵盖了更多增材制造主题，而且针对3D打印的更具针对性的出版物也已出现。 今天的增材制造研究就是明天现实世界的增材制造技术的转化。3D打印技术参考注意到已经产生的最知名代表包括：2015年发表于Science的一种依赖所谓dead zone的氧阻聚效应的文章，诞生了Carbon3D公司，并引领了消费品3D打印制造的革命；2017年HRL发表于Nature的一篇关于铝合金3D打印的研究，引领了高强铝合金3D打印商业化的发展。 本期内容，3D打印技术参考总结了十三种与增材制造相关的英文科研期刊。所涉及的主题包括增材制造所有工艺类别（即材料挤出、还原光聚合、粉末床熔融等）的进步，新材料（包括聚合物、金属、陶瓷和复合材料）的开发和表征，最新应用，从医疗设备到核电组件以及不断发展的增材制造设计和优化 1. Additive Manufacturing（增材制造） 数百篇开放获取、高影响力的文章 分区：中科院1区 该期刊被认为是专门关注增材制造的最重要的期刊之一，每年发表数百篇开放获取文章，并且每月推出一期新期刊。它隶属于美国国家增材制造创新研究所America Makes，由高影响力的论文组成。 该杂志涵盖范围广泛，包括增材制造领域的新技术、工艺、方法、材料、系统和应用。特别是它的评论文章，描述了各种主题的现状和期望。 2. Additive Manufacturing Frontiers（增材制造前沿） 《中国机械工程学报：增材制造前沿》（Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers）是中国科协主管、中国机械工程学会主办的英文学术期刊，入选2020年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目，是Chinese Journal of Mechanical Engineering的子刊。 该刊创办得到了全球增材制造领域学者的积极响应和大力支持，成立了由全球43位顶尖科学家组成的编委会，其中包括11位中国工程院、法国工程院、欧洲科学院院士。由国家增材制造创新中心主任、西安交通大学快速制造国家工程研究中心主任、中国工程院院士卢秉恒担任主编，法国南特中央理工学院、法国工程院院士AlainBernard担任共同主编，由西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室主任李涤尘担任执行主编。2022年2月18日，《中国机械工程学报：增材制造前沿》首期在ScienceDirect上线。 3. ADVANCED MATERIALS 分区：中科院1区 Advanced Materials是工程与计算大学科、材料与化学大领域（包含材料化学，材料物理，生物材料，纳米材料，光电材料，金属材料，无机非金属材料，电子材料等等非常多的子学科，以及非常大量与材料相关的研究领域）的顶尖期刊，在国际材料领域科研界上享誉盛名。 4.Virtual and Physical Prototyping（虚拟和物理原型设计）   分区：中科院1区 尽管该期刊每年只发表少量文章，但它们往往对研究趋势产生重大影响。例如，它在2015年发表了一篇关于4D打印和智能材料的精彩文章，这是一个越来越多的研究主题。他们还有许多关于混凝土3D打印的高被引用文章。从2023 年起，《虚拟和物理原型》转换为完整的开放获取期刊，但之前的文章将继续通过付费阅读模式提供访问。 5. Materials Science and Engineering: A  分区：中科院1区 材料科学与工程为发表与材料承载能力相关的理论和实验研究提供了一个国际媒介，材料的承载能力受其基本性能、加工历史、微观结构和操作环境的影响。围绕这一主题，该杂志发表了多篇有关增材制造的文章。该期刊中最著名的增材制造文章与金属材料（例如钢和钛合金）的制造、微观结构及其机械性能有关。 6. International Journal of Extreme Manufacturing（极端制造） 分区：中科院1区 极端制造，创刊于2019年，由中国工程物理研究院主管，中国工程物理研究院机械制造工艺研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心、大连理工大学、复旦大学主办。致力于发表极端条件下制造及相关领域的高质量最新研究成果，文章形式主要为原创性和综述性文章。 目前该刊五大栏目中的极端制造能场与材料相互作用，涉及金属/无机非金属/高分子材料增材制造、生物材料增材制造、4D打印、激光表面改性、超快激光微纳制造与高能束及特种能场加工 7. Materials 分区：中科院3区 Materials是一本100%开放获取的期刊，这是其出版商 (MDPI) 的特点。它涵盖了材料科学和工程的一般主题，是广泛知识的免费且可靠的来源。该期刊为论文提供了一个论坛，以促进对各种材料的结构、性能和功能之间关系的深入理解。除了常规期刊外，Materials每年还针对特定主题出版几期特刊。其中包含1000多篇有关增材制造的文章。关于金属材料3D打印的论文涵盖了从材料表征到新材料分析的主题。 8. 3D Printing and Additive Manufacturing（3D打印和增材制造） 分区：中科院3区 这本每年6期的期刊加上每次增刊发表约20篇文章，涉及3D打印的最新主题。该杂志的主编来自麻省理工学院（MIT）的Skylar Tibbits，吸引了许多来自美国机构的作者。 9. Progress in Additive…

2023年度，DED技术科研成果丰硕，不仅登上《Nature》，更有69篇刊发在增材顶刊《Additive Manufacturing》。本期盘点让我们一起来回顾2023年这些颇具前瞻性和创新性的DED领域技术进展和突破。 ●合金设计与增材制造结合，实现钛合金强韧性新突破 2023年5月，皇家墨尔本理工大学、悉尼大学与香港理工大学合作，将合金设计与DED-LB工艺相结合，成功制备出了具有出色拉伸性能的钛合金（α-β Ti-O-Fe合金）。该研究结果可以开拓包括航空航天和能源在内的各个领域的应用前景，并通过从工业废料和低品位材料中生产这些合金来促进可持续性，对经济和环境的影响将是巨大的。相关论文以“Strong and ductile titanium–oxygen–iron alloys by additive manufacturing”为题发表在《Nature》上。论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-023-05952-6 ●异质多丝间接电弧增材制造原位合成Al-Zn-Mg-Cu合金 2023年6月，河北科技大学、河北省材料近净成形技术重点实验室、电子科技大学和里斯本新大学团队联合在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“A novel heterogeneous multi-wire indirect arc directed energy deposition for in-situ synthesis Al-Zn-Mg-Cu alloy: Process, microstructure and mechanical properties”的论文，研究了新型异质多丝间接电弧增材制造原位合成Al-Zn-Mg-Cu合金构件的工艺、显微组织和力学性能。结果表明，送丝速度、电流和两丝之间的角度对多丝间接电弧增材制造工艺有显著影响。 论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221486042300252X ●通过丝材定向能量沉积制造钢墙的环境和经济评估2023年1月，NOVA 科技学院在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“Environmental and economic assessment of a steel wall fabricated by wire-based directed energy deposition” 的论文，使用生命周期评估（LCA）和生命周期成本计算（LCC）方法来评估电弧增材制造的环境和经济效益，本文使用的方法可以扩展到其他制造工艺。这项研究结果可以帮助制造商根据环境影响和生产成本选择制造工艺。论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860422007059?via%3Dihub ●DED制备SS316L/IN718 功能梯度材料的综合研究2023年1月，德克萨斯大学和美国爱达荷国家实验室合作，在《Additive Manufacturing》期刊发表题目为“Comprehensive studies of SS316L/IN718 functionally gradient material fabricated with directed energy deposition: Multi-physics & multi-materials modelling and experimental validation”的论文，通过建立一种新颖的多物理场和多材料热流体模型，来预测材料成分梯度、金属功能梯度材料的几何形状和构建过程，并使用该模型模拟了SS 316L/Inconel…

熔池是金属的液态。在电子束粉末床熔融工艺中，当电子束的能量击中金属粉末的表面，电子的能量转化为热量。这种产生的热量融化了靠近光束位置的金属颗粒，随后将金属变成液体熔池。当光束从熔池中移开时，液体再次凝固成固体金属，这样粉末颗粒就熔合在了一起。在增材制造中，粉末床上的熔池(以及随后的熔合)面积非常小，通常深度小于0.5mm，面积小于1mm2。当电子束在粉末床上移动时，熔池也以同样的速度移动。当电子束移动时，可以实现点、线、面的熔，电子束通常以1米/秒或更高的速度移动。熔池尺寸不会因打印而有很大的变化，但根据不同的设置，可以在不同的材料和不同的工艺设置中获得不同的熔池尺寸（如改变层厚度）。 01熔池大小如何影响最终零件的质量 工程师通常希望根据需要的最终零件性能来优化熔池的大小。如果对熔池控制不好，优化的过程可能会失败。如果熔池太小，如小于粉末颗粒，那么一次只能熔化一个粉末颗粒，粉末颗粒之间甚至不能彼此熔合在一起，便无法得到致密的零件，这会导致零件内产生孔隙和不完全熔化的区域增加，从而导致较差的机械性能。如果熔池太大，会导致表面质量不好，或者零件微观结构不佳。当熔池非常大时，会产生液体波，当该区域冷却时，会产生波浪状的表面。此外，如果熔池太大，熔化的粉末太多，在零件下表面将非常糟糕。电子束3D打印工艺的优化要兼顾零件性能、表面质量以及系统的生产效率。 EBM制造的汽车零件展示典型的支撑结构 02冷却速度如何影响零件的微观组织  冷却速度非常重要。当光束击中熔池时，熔池处于液态，当光束离开时，液体冷却并凝固成为固体金属。熔池的大小、形状和凝固是由能量束的能量分布和用于熔化零件的扫描路径控制的。通过优化光束参数和扫描路径，可以获得致密的材料。如果熔体冷却得太快，那么液体就没有足够的时间来填充所有的空间，从而导致裂缝、易碎的材料或错误的微观结构——例如，不希望的枝晶微观结构。如果熔池太大，它将需要很长时间来冷却，微观结构将变得太粗大。越快的冷却会得到越精细的微观结构，所以需要优化冷却速度来得到想要的微观结构。 电子束一次熔化多个区域的纯铜粉末 电子束3D打印的铜结构 对于不同的材料来说这是不同的，因为有些材料对如何冷却熔体非常敏感，而其他材料则不然，通过改变熔体的冷却来实现不同的微观结构对于某些应用来说是有益的，因为每种类型的微观结构给零件带来了不同的机械性能。 03熔池对使用的材料有影响  EBM技术的熔池与其他增材技术有所不同。尽管原理相似，但基本的物理原理是不同的。这是因为电子被用作能量源——它们几乎可被任何材料吸收，可以与通常反射光的材料一起使用（与其他工艺不同），并且电子被吸收的深度比其他3D打印工艺略深。 EBM唯一不适用的是打印非导电材料。所以，物理原理是不同的。在EBM中可以将熔池控制在比其他方法更高的温度，这有利于设计用于高温应用的材料，如飞机发动机叶片。对于Ti64来说，因为可以在更高的温度下控制熔池，所以不会因为快速冷却而在零件中产生热应力——但这更多地是基于整体构建温度，而不是熔池本身。此外，熔池会影响零件的微观结构以及零件中孔隙和裂纹的水平。由于整体构建温度较高，EBM中的熔池冷却速度比其他3D打印技术慢一些，而且通常会获得稍微粗大的晶粒结构——这对某些应用有利，但有时却也不利。跟其他增材制造工艺一样，EBM技术的熔池应根据应用进行定制。 04熔池对EBM打印TiAl合金的影响 对于像TiAl这样的高温材料，熔池的控制并不是唯一需要优化的部分。在整个构建过程中保持高且均匀的温度是非常重要的。否则，熔池的冷却速率和随后形成的显微组织可能在整个零件中不同。这可能导致不均匀材料特性。对于TiAl合金，必须考虑的另一个方面是，熔池会影响构建的性能，合金中的铝达到了沸点，从而减少了零件中的铝含量。这会影响零件的材料性能，但这可以通过从一开始就在合金中添加更多的铝来防止。 EBM 3D打印的TiAl合金叶片 EBM使用磁线圈来控制光束轨迹，光束可以在任意方向上偏转，并在粉末床的不同区域进行跳跃。因此，可以使用EBM创建许多不同的“熔池策略”。例如，可以用图案填充来熔化零件的内部区域，可以用线熔化策略熔化轮廓。 每一种策略都集中在控制熔化上。如果在一个特定的方向熔化，也在那个方向移动熔池(并且在一个特定的方向凝固)；如果你在一条线上熔化，可以在一个方向上有一个拉长的熔体池，或者也可以有一系列较小的“点”熔化。 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.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 3.盘点：2023年值得关注的3D打印新材料、新工艺和新应用突破 4.发表于Nature：通过增材制造获得高强、高延展高熵合金

用于粘结剂喷射增材制造(BJAM)的粉末批次间差异可能会显著影响材料已设定好的“理想”烧结窗口。克服该问题的一种方法是对每批粉末在不同温度下进行烧结实验。然而，这种方法较为耗时。可以利用CALPHAD（计算相图）等计算热力学工具的预测能力来克服这一挑战，特别是对于粘结剂喷射增材制造，因为该过程发生在接近平衡的条件下。然而，考虑到“规格”内许多可能的原料成分，使用CALPHAD计算烧结窗口的计算成本可能很高。 来自橡树岭国家实验室的研究人员为镍基高温合金生成了高通量计算相图数据，开发出了机器学习模型来快速预测烧结窗口。该模型的预测能力已使用In718和In625进行了验证。经过验证的模型是轻量级的，可以部署在工业环境中，以加速获得烧结窗口。 研究人员指出，Binder Jetting技术自诞生以来，已经开发出了基于该工艺的多种材料的成形工艺，如In625、In718、17-4PH、316L不锈钢类别和H13工具钢，甚至铝合金、铜合金和钛合金等。粘结剂喷射后，打印的部件要将粘结剂烧尽处理，以使有机粘结剂和富碳残留物蒸发，C会对烧结部件的可烧结性和机械性能产生不利影响。随着粘结剂技术的最新进步，已经开发出不留下富碳残留物的粘结剂。粘结剂烧尽后，将零件加热至烧结温度来增加零件的密度。烧结可以在低于固相线温度下进行（固态烧结），其中通过固态状态下的扩散和传质发生致密化。最近，超固相线液相烧结（SLPS）由于更高的致密化率引起了关注。SLPS是一种致密化技术，涉及在固相线和液相线之间的温度下烧结预合金粉末，从而导致液相在晶界、颗粒间边界和晶粒内部成核。发现致密化发生在三个事件中，包括沿晶界/颗粒间边界的液体成核，随后多晶颗粒破碎，毛细管重排实现致密化，最后通过溶液再沉淀、孔去除和晶粒实现致密化。在烧结温度下形成的液体的体积分数至关重要，因为在烧结温度下液体分数太低会导致致密化不良，而高的液体体积分数会导致零件变形。因此，控制SLPS过程中形成的液体比例对于零件的致密化和形状保持至关重要。理想的烧结窗口将导致足够的液体成核，以实现粘结剂喷射打印部件的致密化和形状保持。然而，迄今为止，量化致密化而不变形所需的液体量的研究非常有限。因此，预测烧结窗口是通过反复试验的方法，导致需要进行大量的实验来定义合金的烧结窗口。 示意图显示热容量随温度的变化以及用于预测烧结窗口的相应密度变化   与其他基于熔合的增材制造技术不同，粘结剂喷射和烧结过程发生在接近平衡条件下，因此CALPHAD（计算相图）可用于高精度的预测定义烧结窗口的量。尽管这可以通过计算相图进行预测，但粉末成分的批次间差异（即使不同批次都在规格范围内）可能会影响合金的“理想”烧结窗口。Nandwana等人在In718的粘结剂喷射研究中发现，其三种不同的粉末批次具有不同的成分，因此具有不同的烧结行为。与批次间差异相关的问题可以通过对每个批次进行实验或对每个批次运行热力学计算来克服，这两种方法在时间和资源方面都可能是昂贵的，因为可能有许多合金组合，所有这些组合都是在规格范围内。 美国橡树岭国家实验室的研究人员提出了一种涉及耦合数据分析和计算相图的方法，用于快速预测烧结窗口，考虑到合金成分的批次间差异。作为案例研究，他们将所提出的方法应用于In718和In625的粘结剂喷射增材制造和烧结。  耦合数据分析和 CALPHAD 方法的总体工作流程   机器学习模型的输入数据：(a) In718合金成分的元素成分分布(b) 元素成分与固相线、液相线、找到40%液体的温度和变形温度之间的相关矩阵   所有In718 组合物的粘度和液体体积分数随温度的变化，变形和致密化参数随粘度上限和下限的连续性的变化   回归模型的结果预测了测试数据的Thermo-Calc的固相线、液相线、40%液体、变形温度和估计温度    文献中报道的In718和In625合金的成分以及变形温度   回归模型的预测温度值与Thermo-Calc的估计固相线 (a)、液相线 (b) 温度的比较；(c)代表实验报告的变形温度以及文献中报告的合金的回归模型预测的变形温度。在c中，合金 1–9 代表In718成分，合金10–17代表In625成分  研究发现，所有机器学习算法都相当好的预测了烧结窗口，即固相线、液相线、达到40%液体的温度和变形温度，其中XGBoost算法获得了最高的交叉验证分数。该模型具有合理的预测能力，可以预测未用于训练和测试模型的数据集的烧结窗口，即使对于与In718具有相同元素但数量不同的In625合金系统也是如此。结果表明，所提出的方法可以扩展到任何合金体系来预测烧结窗口。 相关研究以“Predicting Sintering Window of Binder Jet Additively Manufactured Parts Using a Coupled Data Analytics and CALPHAD Approach”为题发表在Integrating Materials and Manufacturing Innovation。  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.理光与西门子合作：开发铝合金粘结剂喷射批量3D打印解决方案 2.为量产而生！峰华卓立粘结剂喷射金属3D打印技术重大升级 3.烧结，影响粘结剂喷射金属3D打印零件控形控性的重要因素 4.粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造

机械超材料是具有特定元素/晶胞排列的人造材料，可实现新颖的特性，例如零或负泊松比、消失剪切模量和高比能量吸收(SEA)。SEA是抗冲击超材料设计最重要的特性，与材料有关。硬质材料通常比软质材料具有更高的 SEA值。SEA很大程度上取决于相同材料的结构配置，例如基于支柱和基于板的超材料。先前的研究表明，基于支柱的八位体桁架超材料具有比体心立方超材料更高的SEA。 具有高SEA的新型超材料可以源自自然生物。例如在骨骼和蝴蝶翅膀中观察到的三周期最小表面（TPMS）显示出优异的SEA特性，而竹子的中空结构承受横向力并避免断裂。原则上，从自然结构中学习的仿生超材料可以改善高比能量吸收特性；受竹子中空结构启发的八面体桁架呈现出优异的SEA，超越了基于支柱的面心立方和八面体超材料；具有高机械性能和SEA的蜂窝结构已广泛应用于航空航天领域。这些发现表明仿生超材料可用于改善SEA。  BPM的形态演变：（a）自然界中的柚子表面和柚子皮；(b) 柚皮的显微结构[ 8 , 15 ]；(c) 受柚子皮启发设计的BPM单元；(d) 支柱的相对密度-直径关系；(e) 设计的UBPM模型；(f) 设计的 GBPM 模型。 柚子皮是一种厚度为3-20毫米的泡沫状结构，由细长且相互连接的八臂细胞组成，具有较大的细胞间隙。整个柚子的自由落体试验表明，由于柚皮的保护，柚子可以承受70J的冲击力。因此，重构和优化柚子皮有望实现较高的SEA。受柚子皮启发，有研究人员提出了一种分层蜂窝结构，与传统蜂窝相比，其SEA和等效平台应力分别提高了1.5倍和2倍。然而，分层蜂窝表现出极大的各向异性，无法承受另一个方向的外力。另有研究人员探索了板晶格柚皮状多面体超材料的高应变率压缩行为，该行为表现出增强的 SEA。然而，板晶格超材料存在于封闭腔附近，这导致制造困难。 功能梯度（FG）超材料通常用于改善沿相对密度增加的方向逐层断裂的SEA，同时承受单轴压缩。连续相对密度表现出延迟的初始致密化应变。例如，功能梯度基元和陀螺仪的初始致密化应变比均结构高19.18％和18.5％。但也观察到仿生梯度竹结构的能量吸收比传统蜂窝结构高四倍。尽管基于支柱的仿生柚皮多面体超材料具有高散热、抗冲击和可制造性，但它们的局限性能量吸收能力限制了它们的应用。 3D打印技术参考注意到，华中科技大学史玉升教授团队将分级设计引入基于仿生柚皮多面体超材料中，以改进高比能量吸收能力并扩展其应用，并研究了材料对功能梯度设计的SEA定律的影响。  https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2023.100068 研究人员受柚子皮保护果肉的抗冲击性和功能梯度结构可提高SEA能力的启发，采用软材料（光敏树脂）和硬材料（Ti-6Al-4V）进行3D打印，制备了梯度仿生多面体超材料（GBPM），其SEA超过了前期报道中大多数软材料和硬质材料制造的超材料SEA。 图1 SEA Ashby图与各种现有超材料的对比   论文亮点 •提供了一种实现卓越能量吸收的仿生策略。 •验证了材料对机械响应和比能量吸收的影响。 •仿生梯度多面体的比能吸收超过了以前的大多数超材料。 试验方法 激光选区熔化Ti-6Al-4V粉末及数字光处理光敏树脂制造仿生多面体超材料，扫面电镜观察仿生多面体形貌，准静态压缩仿生多面体超材料，Abaqus动力学显式仿真准静态压缩过程。 结果 在压缩试验和数值模拟的指导下，SEA能力的提高与材料无关。在应力-应变曲线中，波动区出现在硬材料制造的仿生多面体超材料（BPMs）中，而在软材料制造的BPMs中不存在，导致软材料制造GBPM的SEA值的增长率比硬材料制造GBPM提高了5.9倍。软材料和硬材料制造的GBPM的SEA值分别为1.89 J/g和44.16 J/g，超过了先前研究中报道的大多数软材料和硬质材料制造的超材料的SEA。   UBPM和GBPM的压缩结果、力学性能和SEA：(a)软材料制造的UBPM和GBPM的应力-应变曲线；(b) 硬质材料制造的UBPM和GBPM的应力-应变曲线；（c，d）软材料制造的UBPM（c）和GBPM（d）的压缩结果；(e, f) 硬质材料制造的UBPM (e) 和GBPM 在℃ = 0.1 (f) 时的压缩结果；(g) 通过压缩试验和功率拟合获得的软材料制造的UBPM和GBPM的SEA应变曲线；(h) 从压缩测试和功率拟合中获得的硬质材料制造的 UBPM 和 GBPM 的 SEA 应变曲线。  FEM 中的 von-Mises 应力分布：(a) UBPM；(b) GBPM 结论 1. 分级设计降低了力学性能，将45°剪切断裂转化为逐层破坏。与硬材料制造的BPMs相比，软材料制造的BPM表现出延迟的致密化应变。 2. 提高SEA的梯度设计与所用材料无关。与UBPM相比，GBPM可以实现增强的SEA。在软材料制造的BPMs的断裂阶段没有出现波动区，与硬材料相比，软材料制造GBPM的SEA值的增长率提高了5.9倍。 前景与应用 仿生梯度设计可提高超材料的能量吸收效果，本文的仿柚子皮梯度超材料的SEA超过了先前研究中报道的大多数软材料和硬质材料制造的超材料的SEA。以上发现可以指导具有高能量吸收以抵抗外部冲击的超材料的设计。 注：本文部分内容来自AMF增材制造前沿，转载已获授权。 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： 1.2024 TCT亚洲展预约参观通道正式开启！ 2.GRX-810新超级合金3D打印火箭发动机成功测试，NASA公布多个新材料使用要点 3.预计营收12.32亿！铂力特发布2023业绩预增预告公告 4.每年3D打印五万件钛零件！华曙助力国内自行车制造商创新突破！

来自美国马萨诸塞大学、佐治亚理工学院、橡树岭国家实验室以及劳伦斯利弗莫尔国家实验室等七家研究机构的联合团队在高熵合金 (HEA) 3D 打印方面取得了进展，该合金结合多种金属来制造适合极端条件的材料。传统上，HEA 的增材制造因延展性差而面临挑战，限制了其应用。研究人员如今已通过采用激光增材制造技术克服了这一问题，显著提高了这些合金的延展性和强度。 2022年，该研究以“Strong yet ductile nanolamellar high-entropy alloys by additive manufacturing”为题发表在Nature。 该团队开发的方法基于激光的增材制造，能够在高熵合金中创建纳米厚的纳米片层。这些纳米片层由面心立方 (FCC) 和体心立方 (BCC) 晶体结构的交替层组成。这些层的独特结构有助于提高材料的机械性能。而采用传统凝固路线获得的层片厚度通常在微米或亚微米范围内，限制了共晶高熵合金可达到的强度。相比之下，3D打印的大温度梯度和快速冷却的特点能够产生纳米层状相并使材料表现出高强度，但通常以牺牲延展性为代价。 在这项研究中，研究人员利用激光粉末床熔融（L-PBF）的极端打印条件和高熵化合金的有利成分效应，获得了一种非平衡态的相组织，实现了让人震惊的性能提升。具体的说，研究人员使用归一化等效能量密度方法，研究人员确定了一个有效的L-PBF处理窗口，来打印完全致密的AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。通过调整激光功率和扫描速度，研究人员将层片厚度减少到了数十纳米。 通过这种方法生产的HEA具有近 1.3GPa的高屈服强度和约14%的延伸率，甚至超越了最强的钛合金的性能。 为了了解这些改进，该研究利用了电子显微镜、中子和 X 射线散射等先进技术。来自美国能源部设施散裂中子源和纳米相材料科学中心的数据以及阿贡国家实验室的先进光子源在分析这些合金的内部力学和微观结构方面发挥了至关重要的作用。 这些增强型HEA的潜在应用非常广泛，包括需要具有高抗断裂性、耐用性和可靠性的材料的制造领域。 使用3D打印生产高熵合金的新发现为材料科学和增材制造开辟了新的可能性。这项技术创新不仅有望改进现有产品和工艺，还有望为高强度和延展性材料开辟新的应用领域。 这一发展可以彻底改变工业用耐用、可靠和抗断裂高熵合金部件的生产。例如，这种合金可用于生产更安全、更省油的车辆、更高强度的产品和耐用的机械。此外，基于激光的增材制造具有很高的能源效率，因此对生产新型高熵合金很有吸引力。 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（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.高性能离不开工艺调整，Nature 3D打印双优综合性能材料研究分析 2.汇总：2023年3D打印《Science》《Nature》正刊文章，共11篇 3.一类重要且有前途的3D打印金属材料——氧化物弥散强化合金 4.五千字！2023年国内金属增材制造技术发展成就总结

3D打印技术参考注意到，中美两国三院院士杨培东（中国科学院外籍院士、美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士）团队在光致发光领域取得突破，并借助3D打印技术制备了光致发光结构。2024年第一篇Science文章以“Supramolecular assembly of blue and green halide perovskites with near-unity photoluminescence”为题刊登了该团队的研究。 https://doi.org/10.1126/science.adi4196 3D打印技术参考注意到，这篇重磅Science研究的突破在于制备了具有更高转换效率的光致发光材料，而借助3D打印制造立体结构，属于对应用的进一步延伸。 采用光致发光粉末3D打印的立体结构（发生激励后） 根据资料，所谓光致发光，是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致发光的现象，其在材料科学、生物科学、医学、光学器件以及能源科学等领域具有诸多应用。具有高光致发光量子产率的蓝色和绿色发射器件是当前固态照明和彩色显示研究的热门。所谓光致发光量子产率，是描述材料在受到光激发后能够发出多少光的效率。目前，较为成熟的材料GaN可以表现出90%的产率，但这类共价半导体需要高纯度，以防止晶体结构缺陷处的快速非辐射复合，并且依赖于接近1000°高温下的固态合成。作为共价半导体的替代品，离子卤化物钙钛矿因其高光吸收系数、可调谐带隙 、高缺陷容限，以及高效的光致发光和电致发光受到关注。 ( A和B )(18C6@K) 2 HfBr 6的菱面体晶胞(A)和哑铃形结构单元(B) ( C和D ) Fm-3m 晶胞 [来自开放量子材料数据库 (OQMD) (C) 和K2HfBr的孤立[HfBr 6 ]2−离子八面体构建块 (D)  (18C6@K) 2 HfBr 6粉末发出蓝光，PLQY接近一致 (96.2%)； (18C6@K) 2 ZrCl 4 Br 2粉末发出绿光，PLQY为82.7% 杨培东院士团队展示了一种超分子组装策略。3D打印技术参考查询发现，所谓超分子，通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。在化学中，超分子组装是由非共价键固定在一起的分子复合物。在该研究中，研究团队探索了一种超分子合成路线，采用区别与传统高温的低温合成方法，制备了具有接近一致光致发光量子产率的的蓝光和绿光发射粉末（获得的光致发光材料），光致发光量子产率分别达到了96.2%和82.7%。   高发射蓝色和绿色半导体墨水的溶液加工性和二维显示应用 进一步的，将这些粉末与非极性有机溶剂（二氯甲烷）以及聚苯乙烯混合获得了一种墨水，采用快速溶剂蒸发可制造薄膜，可用作具有明亮色彩对比度和快速响应时间的显示器。此外，研究团队还3D打印出了各种蓝色、绿色和双色发光结构。 通过搅拌和超声处理，光致发光粉末均匀分散到PEGDA树脂中。利用多材料数字光打印方法，将蓝色和绿色发射器3D组装成复杂的宏观和微观结构。在405nm结构紫外光照射下，树脂迅速转化为固体3D结构。打印的埃菲尔铁塔建筑模型在254nm激发后，显示出各自的蓝色和绿色。两座埃菲尔铁塔的尺寸都在几厘米以内，具有高分辨率的空间特征。这些粉末的粒度在亚微米级，结合40μm的打印层厚度，使粉末均匀分布在每一层中，并确保整个结构的发射颜色分布均匀。 (A) 多材料3D打印过程示意图。(B和C) 在白光 (B) 和254nm 紫外线 (C) 激发下的两个3D打印发光埃菲尔铁塔(D)254nm紫外线激发下的双色发光埃菲尔铁塔( E到H )具有不同层次结构和几何形状的共形和扭曲八面体桁架，包括立方八面体、十四面体和门格尔海绵结构，分别具有蓝色和绿色发射或其组合。这些打印结构在254nm处进行光激发。(B) 至 (G) 的比例尺为5毫米(E) 放大图像的比例尺为0.6毫米(H)的比例尺为4毫米。 单个3D打印结构还可以在打印过程中通过替代树脂并经过激励后可发出蓝色和绿色的光。研究人员打印的一种埃菲尔铁塔设计，其上下段发射蓝色，中央区域发射绿色，并实现了二阶分层晶格结构（八位桁架），一部分发射蓝色，其他为绿色。值得注意的是，八位体桁架结构内这些蓝色和绿色发射区域之间的边界的特写视图揭示了颜色过渡的高精度，两侧均没有任何颜色交叉。具有双发射的八位体桁架结构也实现了明亮的发射和高结构精度。 3D打印扭曲八隅体桁架结构：（A）在白光下和（B）在紫外灯下激励 3D打印保形八隅体桁架结构：（A）在白光下（B）在紫外灯下激励 3D打印的结构类型（A）在白光灯下（B）在紫外灯激发，最小单元5mm 研究人员还获得了其他复杂的拓扑结构，例如立方八面体、十四面体、八面体桁架和嵌入蓝色发射器的门格尔海绵，以展示可以用光打印的各种结构。这些演示作为发射离子粉末与3D打印技术集成的概念证明。3D打印发光结构的潜在应用非常广泛，从复杂的室内环境照明解决方案到无缝集成到可穿戴设备中，正在不断发展。 具有蓝色和绿色发射光的粉末与3D打印技术高度兼容。卤化物钙钛矿构件的超分子组装方法催化了对超分子组装功能材料的合成和表征的进一步研究，为该领域的实质性进展奠定了基础。 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.美国陆军资助一所大学5000万美元用于推进增材制造 2.视频：大国制造，步履铿锵！金属3D打印激光数量大战！ 3.视频：2023年国内3D打印技术领域备受关注的十大重要事件 4.白皮书：美国国防中如何使用3D打印技术

AM Research近期发布了一份关于金属增材制造市场中不同类别金属粉末使用量的排名，用户基于此能够深入了解增材制造领域。 在跟踪金属粉末市场时，平衡增长和销量等因素非常重要。例如，每年运输量较小的材料可能具有较高的增长率。此外，金属具有不同的密度，因此跟踪粉末运输的质量并不能说明全部情况。就铝而言，一吨粉末所代表的体积比一吨钢大得多。 因此，为了正确比较金属对整个3D打印市场的重要性，AM Research制定了实力排名。给定年份每种金属粉末类型的总市场份额乘以该金属粉末同年出货量的增长率（以百分比形式给出）。将该值乘以100得到原始排名，然后将其除以给定年份中所有排名值的总和，以标准化进行跨年比较。查看AM Research最新的排名图表，可以发现一些趋势。 钛合金在排名中占据显著位置。由于其强度重量比和耐腐蚀性，这表明它在增材制造中发挥着至关重要的作用，使其成为航空航天和医疗应用的理想选择。另一方面，钢材因其多功能性和性能而表现出一致的存在，奠定了其在各个行业中的基础作用。镍基合金也因其在极端环境下的高性能特性而受到关注，使其在航空航天和能源等领域不可或缺。与此同时，铝的排名突显了其日益受欢迎的原因，这要归功于其重量轻以及汽车和航空航天领域对更节能部件的推动。其他类别，如钴铬合金、难熔金属、贵金属等，虽然数量较小，但显示出不同程度的增长和市场份额，反映了增材制造领域的潜在应用或新兴趋势。   Wohlers Report 2022利润最高金属材料排名 该图表不仅能反应当前状态，而且可以作为未来趋势的预测工具。例如，增长率高但产量较小的金属可能表明是新兴材料，如果其应用范围扩大，可能会扰动市场。此外，《Wohlers Report 2022》中报告了当前在服务市场最有利可图的金属材料百分比。受访者表示，铝位居榜首，占总数的22.0%，利润最高。铬镍铁合金和17-4PH不锈钢快速增长，钛的份额保持不变。 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年国内3D打印领域被广泛关注的十大重要事件 2.白皮书：美国国防中如何使用3D打印技术 3.橡树岭：原位中子衍射揭示3D打印「受控」应变演化的机制 4.四千字！2023年国内(准)工业级聚合物、陶瓷、砂型3D打印技术发展成就