残余应力在现代制造工艺中普遍存在。在许多情况下，它们可以通过设计或后处理工艺来缓解，这些处理工艺通常要么均匀的应用于整个材料（例如退火），要么仅限于近表面区域（例如喷丸处理）；或者，可以控制整个材料的残余应力分布，局部诱导拉伸和压缩应力，从而实现宏观性能增强。然而，决定组件中的最终残余应力分布需要在加工或开发材料期间详细控制热分布，这些材料的物理特性和相变以所需的方式改变应力状态。采用这种思路成功开发了角焊缝低温转变（LTT）钢，在奥氏体到马氏体转变期间的体积膨胀导致焊缝中产生压应力，对于冷却过程中理想化的单轴约束，LTT钢表现出马氏体转变过程中压应力的增加以及随着转变温度降低而压缩的残余应力状态。 增材制造以逐层方式顺序制造组件，导致人们重新关注残余应力的管理。增材制造中复杂的热循环通常会产生与传统制造路线不同的非平衡微观结构和性能，需要付出巨大努力才能获得均匀性能。然而，材料沉积和热输入的特定位置性质也提供了操纵局部条件以改变微观结构和性能的机会。这种方法可以被视为材料-结构-性能集成制造的一种形式，其特征是希望获得“在正确位置打印正确的材料”。 原则上，该方法可以包括残余应力分布的设计，例如调整拉伸-压缩不对称性或防止疲劳裂纹萌生和减缓疲劳裂纹扩展。最近的研究调查了在增材制造工艺中使用LTT钢来实现独特且复杂的残余应力状态。然而，工艺条件和相变对所得残余应力分布具有复杂的相互作用影响，其进一步取决于热收缩、塑性应变的积累和退火，以及应力状态和材料特性的温度依赖性。增材制造中的热应力是瞬态的、多轴的，热梯度很高，并且经常经历多个快速加热和冷却循环。为了证明在这些复杂条件下控制残余应力分布的途径，有必要表征加工过程中的温度、相和应力状态。 残余应力与瞬态热应力产生的塑性应变梯度相关。当累积塑性应变与任何可能的弹性位移场不相容时，增材制造组件内的残余应力分布是累积塑性应变梯度的表现。因此，直接观察增材制造过程中的应变演变将对调整加工条件和材料设计以实现针对给定应用量身定制的残余应力分布的能力产生深远影响。 然而，使用传统技术无法实时测量应力演变。增材制造技术前沿注意到，来自橡树岭国家实验室和田纳西大学的研究人员使用原位中子衍射来表征低温相变钢增材制造过程中的瞬态相变和晶格应变演化。结合衍射、红外和模拟数据表明，弹性和塑性应变分布是由面心立方和体心立方相界的运动控制的。相关研究以“Operando neutron diffraction reveals mechanisms for controlled strain evolution in 3D printing”为题发表在今年8月的Nature Communications上。  A.  采用线弧增材制造技术生产低碳钢和低温转变 (LTT250) 钢样品。样品分为三个部分并在其间冷却至室温。B.非原位中子衍射测量显示弹性晶格应变随中心线高度的变化。C构建装置，用于监测SNS加工过程中的温度、相变和晶格应变。D膨胀测量数据显示增材制造 LTT钢的近似相变温度。E操作实验程序示意图，包括三个部分的构建，中间使用主动冷却至室温，然后绘制晶格应变图。 LTT钢制造过程中，使用红外 (IR) 热成像技术测量温度分布随时间的变化，在此期间样品冷却至室温（制造1厘米）。制造过程中，在指定点收集时间分辨中子衍射数据。 在制造过程中收集每层沉积之间的红外(IR) 数据，并进行校准，清楚地指示与马氏体和奥氏体起始温度相关的等温线（比例为1厘米）   中子衍射晶格应变测量  加工对塑性应变、微观结构和硬度的影响集成热机械相变模型 残余应变演化机制 原位中子表征数据和经过验证的模型结果的结合显示了工艺条件、相变和晶格应变演化之间的相互关系。重要的是，热和机械条件的高时间和空间变化在确定这些影响方面发挥着关键作用，与理想实验相比，LTT钢产生了非常不同的响应。至关重要的是，在存在热梯度的情况下，将先前沉积的材料从BCC重新加热回FCC相场，会在两相之间产生界面，其形状和运动主导弹性和塑性应变演化。由于最终残余应力分布强烈依赖于塑性应变分布的梯度，驱动变形的弹性应变和改变存储塑性应变的热效应发挥着重要作用。 这些观察结果对定制LTT钢的性能具有重大影响。塑性应变的不均匀分布直接影响材料的机械强度和应变硬化响应；弹性残余应变分布改变了材料在每个位置处响应于所施加的载荷而经历的有效应力。根据这些分布的形成机制，很明显它们主要受FCC/BCC界面几何形状的时间演化控制。因此，考虑可能影响临界演变的参数非常重要。如此处所示的简单情况，响应沉积过程的样品加热、冷却和再加热控制界面位置。然而，这种效应还取决于沉积参数和样品边界条件，以及生产部件的几何形状。因此，有多种控制可供调整（焊接参数、道间和层间计时、主动冷却控制）和约束（所需的几何形状、沉积材料的热性能）。本文的结果表明，在计算建模的指导下，可以使用这些控制和约束的平衡来设计和操纵最终材料状态，包括属性和残余应力分布。总的来说，这项研究为设计增材制造部件中的残余应力状态和性能分布提供了一条新途径。这些发现将能够控制残余应力分布，从而实现提高疲劳寿命或抗应力腐蚀开裂等优点。 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.电弧+搅拌摩擦，混合增材制造铝合金实现强塑性协同改善 2.哈理工&商飞北研中心：模拟内部缺陷对SLM增材制造铝合金拉伸强度的影响 3.北航增材顶刊：电弧增材制造含LPSO相重稀土镁合金相变行为和性能 4.光束整形+优化球形粉末质量，使3D打印速度提升9倍

与金属和合金材料相比，连续纤维增强树脂基复合材料（CFRPC）具有质量轻、比强度和比模量高的特点，广泛应用于汽车、飞行器和航天领域。例如可以用于先进飞机机身制造，如空客远程宽体大飞机A350 XWB，其复合材料碳纤维复合材料占机体结构重量的53％，是当今世界上复合材料占比最高的大飞机。   纤维增强复合材料的典型应用 关于3D打印连续纤维增强树脂基复合材料的创新开辟了低成本设计和制备的新时代，可作为一种弥合先进材料与新型结构之间差距的关键技术。依据材料、结构、工艺和功能之间的关系，西安交通大学卢秉恒院士团队李涤尘教授、田小永教授等成员在《中国机械工程学报:增材制造前沿》发表了题为“3D Printing of Continuous Fiber Reinforced Polymer Composites: Development, Application, and Prospective”的文章。本文综述了3D打印连续纤维增强树脂基复合材料的最新研究进展，并对其未来的研究趋势及应用领域进行了分析和展望。   波音787飞机中使用的复合材料总体分布 面对航空航天领域大尺寸构件的高精度、高性能、高效率的制造需求，亟需研究大尺寸复合材料增材制造成形的新理论、新方法，研制大尺寸连续纤维复合材料成形装备，解决增材制造过程中的界面强度弱、层间强度差、工艺参数匹配难等瓶颈问题，提高成形构件的层间力学性能，推动复合材料在航空航天、生物医疗等领域的应用。 热塑性塑料及其复合材料是3D打印工艺中最重要且使用最广泛的原材料之一，例如材料挤出、激光粉末床烧结，为多用途材料的集成设计和制造提供了有效的方法。这两种工艺使用各种短纤维、颗粒作为热塑性复合材料的增强相，由于增强效果较弱，机械性能的改善有限（最多20%）。连续纤维复材3D打印的创新为高性能、低成本的复杂复合材料结构的设计和制造开辟了新纪元。   CFRPC 3D打印中材料结构-工艺性能/功能的关系   在纤维选择方面，连续纤维复合材料 显然由至少两种成分组成，即作为增强材料的连续纤维和作为基体的聚合物。复合材料的强度、弹性和承载能力等主要性能源自增强纤维。根据不同应用的要求，通过3D打印制造连续纤维复合材料，可以用碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、黄麻等天然纤维，以及超高分子量聚乙烯纤维等增强聚合物。由于碳纤维具有高刚度和强度，它主要用作3D打印复合材料的增强材料，特别是在航空航天和车辆领域的应用。更重要的是，直径极细的1K碳束可以成功的从喷嘴中挤出。3D打印复合材料中碳纤维的可变束径（1K、3K等）协同提高了最终的力学性能和精度。玻璃纤维相对便宜并且表现出相当好的机械性能，对重量和强度要求不高，因此通常用作3D打印复合材料的增强材料，尤其是体育行业。凯夫拉纤维因其轻质、耐冲击的特性，常用于轻质复杂结构复合材料的3D打印。黄麻纤维被归类为源自植物的天然纤维，用于增强“绿色”复合材料。尽管超高分子量聚乙烯纤维重量轻、强度高，但由于其熔化温度低，需要较低熔化温度的基体才能兼容，因此很少用作3D打印的增强材料。   纯聚合物及纤维增强复合材料的3D打印应用 根据分子结构的不同， 连续纤维复合材料 3D打印中使用的聚合物基体可分为热固性聚合物和热塑性聚合物。热固性聚合物具有交联的聚合物网络，因此具有良好的热稳定性和化学稳定性以及高强度。由于热固性树脂具有很强的三维空间网络，一旦固化就无法重复使用。这与具有可重复利用和可回收性的热塑性聚合物形成鲜明对比。在材料挤出中使用热固性复合材料时，为了实现固化反应，需要过早凝胶化和后处理的固有限制过程的相关研究很少。热塑性聚合物材料挤出被广泛用作3D 打印中的基体。由于热塑性聚合物的选择范围很广，因此在为成品选择合适的聚合物时，了解材料特性（物理和机械特性）和可打印性非常重要。作为3D打印复合材料的原材料，热塑性塑料如聚乳酸（PLA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）以及尼龙（PA），已得到广泛应用。随着对耐温性和生物兼容性的要求不断提高，聚醚醚酮（PEEK）等先进塑料被用来满足航空航天和生物医学应用领域不断增长的关键要求。 为抓住3D打印连续纤维增强树脂基复合材料的机遇并应对挑战，文章描述了这类技术的典型应用和未来前景，并指出需要更多的跨学科研究以涵盖先进材料、工艺与装备、结构设计和智能终端功能等方面。 注：本文内容部分引自AMF增材制造前沿，主体内容由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.特斯拉机器人使用PEEK减重，多股涨停！国内3D打印方案已突破性发展 2.国产桌面碳纤维3D打印机“不挑材料”，新增11款特种耗材！ 3.将碳纤维增强3D打印用于第22届全国大学生机器人大赛 4.北理工：短碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料增材制造

2023年接近尾声，《自然》和《科学》杂志正刊发表了11篇关于3D打印技术的研究，这些成果代表了3D打印技术当前发展的最前沿水平。本期，3D打印技术参考带大家回顾这些突破性进展。 01预测率达100%实时检测3D打印缺陷 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。  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。 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.add4667 02多材料螺旋3D打印为人造肌肉和弹性体结构开辟新途径 在自然领域，具有独特功能的螺旋结构极为常见，如肌动蛋白和原肌球蛋白在骨骼肌中的螺旋组装引起收缩和其他功能；植物的运动源于植物细胞壁内螺旋排列的硬纤维素纤维。人为合成螺旋结构的努力在于制造人造肌肉以及超材料，哈佛大学刘易斯实验室是世界上最早开发毛细管结构多材料生物打印方法的实验室之一，过去几年一直在研究软机器人技术。 该实验室于1月18日在Nature发布了一篇名为“Rotational multimaterial printing of filaments with subvoxel control”的文章，介绍了一种旋转多材料3D打印平台，可以实现多材料3D打印，并能够在局部方向进行亚体素控制。借助该方法，研究团队设计并制造了用于软机器人和结构应用的人造肌肉和弹性体结构，并为制造这些机构开辟了新途径。 论文链接：www.nature.com/articles/s41586-022-05490-7 033D打印有机硅弹性体制造高性能生物结构 有机硅结构可以通过使用传统技术或先进技术如软光刻和3D打印制造。然而，由于液态有机硅预弹性体的界面行为带来的挑战， 3D打印的有机硅通常质量不佳。来自佛罗里达大学的研究人员开发了一种可3D打印精确、复杂精细结构PDMS有机硅弹性体的方法，其利用了在与有机硅油墨接触时具有不明显界面张力的支撑材料。研究人员将该方法称为超低界面张力增材制造 (AMULIT)，支撑材料是一种填充的反相乳液，由硅油连续体中的液滴组成。相关研究成果于3月23日以“A silicone-based support material eliminates interfacial instabilities in 3D silicone printing”为题发表于Science杂志。 研究人员发现，支撑材料和墨水之间的超低界面张力能够打印直径小至 8μm的特征，通过调整这种支撑材料的弹性和流动特性实现了高性能打印，能够制造如脑动脉瘤模型和功能性三叶心脏瓣膜这样的复杂结构。3D打印技术参考注意到，该团队3D打印出的心脏瓣膜模型的功能表明这种结构可能具有足够的柔顺性和耐用性，可用于制造与生物材料设计和手术模拟器相关的复杂硅胶结构，并引入了扩展使用其他材料打印的可能性。 论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade4441 043D打印纤维流体泵用于新型可穿戴设备 以可穿戴和便携的方式产生有意义的流体动力是一个巨大的挑战，3D打印可以快速准确的构建多种复杂的结构，为各种器件提供定制化服务，极大程度上满足可穿戴储能器件在尺寸、结构、性能以及一体化集成的要求。来自洛桑联邦理工学院提出了一种纤维形式的流体泵，它是一种柔性且可拉伸的器件，直径为毫米量级，可以产生连续的流体流动，而不需要任何移动部件或振动。 由于其高拉伸性和出色的回弹力，聚氨酯(polyurethane, PU)弹性体被用于该研究。由该技术所制造的流体泵能够编织成纺织品的外形尺寸，具有人体尺寸应用所需的可扩展性，为可穿戴设备的进一步开发奠定了基础。3D打印技术参考注意到，基于该关键器件的研发于3月30日以“Fiber pumps for wearable fluidic systems”为题被发表在Science上，制造设备采用的是中国品牌Raise3D（复志科技）。 论文链接：https://doi.org/10.1126/science.ade8654  05低温免烧结3D打印SiO2微光学玻璃 二氧化硅玻璃的3D打印以颗粒烧结技术为主，然而其软化点为1100°C，使得其制造本身就具有挑战性。然而，凭借卓越的光学透明度以及热、化学和机械弹性使其成为现代工程应用中最重要的材料之一，在微光学、光子学、微机电系统以及微流体和生物医学领域均有大量应用。传统的二氧化硅玻璃3D打印技术在纳米尺度上也限制了它们在微系统技术中的采用，从而阻碍了技术突破。已建立的微系统合成路线通过精心设计的自上而下的工艺序列制造二氧化硅结构，其中涉及2D掩模光刻、热氧化、气相沉积和蚀刻等技术，但这些工艺很难转化为3D打印技术。 用丙烯酸酯功能化 POSS 树脂制备高质量熔融石英纳米结构（点击） 来自德国卡尔斯鲁厄理工学院、美国加利福尼亚大学尔湾分校和爱德华兹生命科学公司的研究人员，通过配置优化的树脂材料，结合双光子聚合3D打印，大大降低了二氧化硅3D打印的熔点。具体的说，其使用了一种多面体低聚倍半硅氧烷 (POSS) 树脂，与粘结剂包覆颗粒相反，POSS树脂本身构成连续的硅氧分子网络，仅在650°C时即可形成透明的熔融石英。该温度比将二氧化硅颗粒熔化成连续熔体的烧结温度低500°C。相关研究以“A sinterless, low-temperature route to 3D print nanoscale optical-grade glass”为题于6月1日发表在Science上。 论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq303706将蠕变性能提高1000多倍NASA新合金GRX-810 4月19日，NASA技术团队以“A 3D printable alloy…

点阵结构在生物医学等领域有着至关重要的应用，因为它具有与骨组织更快和更强的结合等优点。因此点阵结构的制备是目前特别受欢迎的研究领域。这项研究总结了使用增材制造技术制备点阵结构，并研究了它们的优点和缺点。主要目的是了解增材制造的点阵结构零件在航空、汽车和军事领域的应用及研究，在此分类中点阵结构增材制造技术被归类为工程生产技术，并研究了该领域的具体实例。相关研究成果由土耳其卡拉比克大学和塞尔丘克大学以及波兰奥波莱技术大学的研究人员共同归纳总结，发表于高水平工程制造领域期刊《Journal of Manufacturing Processes》（IF：6.2）。 www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1526612522005199 随着社会的不断进步，新的技术不断涌现。最重要的发展之一是工业4.0的应用，被称为第四次工业革命。在工业4.0中，工业的重点从传统制造工艺转向先进制造工艺，3D打印技术是专为复杂结构应用而开发的新型制造技术。采用3D打印制造的零件近年来开始在航空、汽车、电子、珠宝和医疗等领域频繁被提及。该技术的最具前途的工艺之一是选区激光熔化（SLM）。这些制造技术促进了传统方式制备复杂且昂贵的钛和镍合金部件的制造。具有这些合金的复杂形状的多孔零件被制造出来，这种可变的多孔点阵结构在轻质、成本和时间方面具有优势，并且比强度高。其中孔隙率是点阵结构的设计涉及几个重要的变量之一。点阵结构的单胞结构、单胞尺寸、相对密度以及体积孔隙率极大地影响了所创建结构的机械特征和密度。因此有必要对SLM制备的点阵结构已发表的研究做一简单梳理和总结，以指导以后的研究。 增材制造技术 SLM技术最显著的优点之一是它可以制备具有复杂几何形状的组件，以及点阵结构之类的零件。点阵结构零件可以提供卓越的强度/重量比例，出色的热性能，使其成为航空航天和医疗行业等高利润工业用途的理想选择。在考虑SLM增材制造时，想到的第一种方法是开发具有高比强度的更轻结构。另一种方法是执行设计优化，实现更轻结构的另一种方法是使用多孔或点阵结构。为了制备极其复杂和功能性的金属结构元件，已经开发了各种增材制造技术。电子束熔化（EBM）和选区激光熔化（SLM）是这些方法是生产复杂、轻质和高价值产品的潜在技术。由于增材制造技术消除了传统方法的设计限制，因此3D蜂窝点阵结构的制造变得越来越重要。胞状结构分为两种类型，即周期性胞状晶格结构和随机多孔结构。周期性胞状点阵结构具有通过晶胞的复发建立的均匀结构。周期形式表现出许多优于具有相似体积比或重量的随机结构的性质。因此，晶格周期性胞状形式有可能获得创新或多功能的轻质结构，用于空间和飞机等高价值工程成果以及生物医学产品，例如人体植入物等。 图2 SLM技术生产的点阵结构零件 基于SLM工艺的晶格结构 使用正确的SLM加工工艺制备具有最佳性能的晶格结构零件至关重要。粉末形态、大小和化学成分只是决定SLM生产质量的众多方面中的一小部分。SLM晶格结构的机械特性，如强度和模量，以不同的方式受到这些参数的影响。与其他加工因素（如扫描速度或层厚度）相比，激光功率对SLM晶格结构强度和模量以及尺寸精度的影响最大。SLM组件中的晶格结构也受到加工因素的影响，这些因素会影响机械质量。仍然需要对SLM加工参数与机械质量之间的相互作用进行更多研究。许多公认的合金如Ti-6Al-4V和316L不锈钢已被有效用于制造致密，可靠的零件。增材制造技术和材料的增长都接近转折点，航空航天工业对增材制造非常感兴趣，因为它具有轻量化的可能性，例如内部用点阵结构代替传统实体部件，包括等强度的晶格结构。AM晶格结构的其他特征，例如制备保形制冷网络的能力，使其成为用于航空航天的有力替代方案。已经有研究人员开发出基于晶格的轻质级热调节器。热控制器是管理不同航天器电子设备温度的关键组件，较旧的设计显着增加了宇宙飞船的重量，通过使用SLM制造的晶格形式能够制造出一种热装置，与同等质量的传统零件相比，热容量提高了50%。 图2 自然界的点阵结构模型 3D打印晶格材料是生物医学应用的理想选择，因为它们能够制造具有接近骨骼韧性的金属装置。这些结构可能被设计成促进良好的骨结合。总而言之晶格材料由于其卓越的特性而被广泛用于航空、生物工程、机器人和其他工业领域。关于增材制造的使用，特别是生产晶格结构的SLM零件，研究人员还通过模仿自然界的秩序和平衡来获得现代技术材料。特别是具有中空结构的天然细胞结构，如人体骨骼、蜂窝结构，已知用于一些工程应用。图2是自然界中的点阵结构模型。晶格结构是由相交节点和支柱或壳组成的晶格梁系统，由基础的重复单元组成。晶格结构是一种细胞结构，与大型工程结构不同，具有毫米或微米尺度。众所周知的晶格结构材料的几何形状，如图3-图4显示了不同晶格单元和两个晶格设计示例。 图3 众所周知的点阵结构的不同几何形状 图4 点阵结构设计的两个不同例子 晶格结构的材料类型 晶格材料通常是在二维或三维中具有周期性排列的晶胞材料，这种结构与晶体中看到的晶格结构相当。在各种材料结构中，晶格结构能够实现每单位重量最高的结构效率。因此晶格结构被广泛用于注重最小化重量的应用，例如航空航天工程和汽车制造。近年来晶格超材料的研究重点已经从单纯的机械特征转向更广泛的物理、化学和生物属性。图5中总结的晶格超材料的特征在各种科学和技术领域的应用。随着新设计、功能和应用程序的出现，该数字会不断快速更新。目前最新的研究领域之一是开发具有更高刚度和强度的新材料，同时保持恒定的密度。为了解决这个问题，最初提出了周期性微桁架晶格作为解决方案。后来表明这些结构的相对密度和刚度之间存在线性缩放关系。这种线性缩放关系起源于拉伸主导的变形机制。 图5 晶格材料的特点晶格结构的类型 增材制造的晶格结构主要有：基于支柱的点阵结构，其特征在于在不同空间方向上具有规则重复的基本单胞。立方体以及面心立方体（FCC）蜂窝网络拓扑是极常探索的支柱建立单元拓扑，例如z轴的插入（FCCZ加BCCZ）。上述支柱构建的网络拓扑由于其设计简单性而通常被优先选择。三周期极小曲面 （TPMS） 晶格结构，在三个主要方向上形成无限且不相交的周期性晶格。微分几何将最小曲面定义为平均曲率为零的曲面。这意味着它们在所有点上都是同样凸和凹的。壳晶格结构，AM可以用薄膜而不是支柱制成的元素细胞制造细胞形式。上述晶格形成，也称为“壳晶格”。功能分级结构是与均质多孔细胞结构相比，具有各种晶胞结构、元素单元大小或任何方向的相对密度的结构，是通过将施加可变孔的几何形状分成多个层并赋予每层不同的晶胞、晶胞大小或相对密度值来创建的结构。功能分级结构因其与骨组织的相似性而在植入物应用中特别受欢迎。由于天然骨骼由皮质骨外骨和内小梁骨组成，因此结构的可变孔隙率具有足够的能力，为成功的植入物应用提供生物和机械性能的区域差异，如图6所示。图7包含细胞结构的形态学实例。 图6 晶格结构骨科植入物的内部结构 图7 晶格结构及其类型 晶格结构的力学性能 晶格结构在压缩中通常经历三个阶段，即弹性、塑性和凝结。在弹性阶段，晶格结构的变形是有弹性的。当超过屈服强度时，材料会发生塑性变形。在扭转主导晶格结构中，材料在塑性变形阶段在恒定应力（平台张力、抗压强度）下变形。在伸长率主导的晶格结构中，继续变形所需的应力振荡。当变形继续并且每个电池与其他电池接触时，达到冷凝阶段。在这个阶段，进一步变形所需的应力量显着增加。 晶格结构的弯曲主导行为或伸长主导行为对增材制造的晶格结构的压缩行为有很大影响。拉伸主导结构更耐用，而压缩支柱首先受损，并且脆性大，而扭转主导结构变形更一致，吸收更多能量，支柱在压缩状态下弯曲或扭曲，并且具有延展性。研究表明扭转主导晶格结构的强度和刚度降低。具有伸长主导行为的晶格结构具有比具有扭曲主导行为的晶格结构多5.4-7倍的弹性模量和9-10.4倍的机械强度。 研究发现，四面体形成具有很强的压缩性能和能量吸收能力。除了结构的轻质制造外，还可以利用能量浓度的优越作用单元设计。如图8 是使用由 （a， b） 四十面体（c）金刚石形状结构（d） 体对齐立方体形式 （BCC） 的单组分单元组成的重复元素制备的点整结构。还有研究表明通过SLM制备的仿生异质玻璃海绵晶格结构的压缩有效性以及破裂进展。建立了类似于Ti6Al4V异构GSLS的仿生圆/网格。GSLS在压缩操作期间超过了FCC，BCC，蜂窝以及金刚石LS，弹性模量，初始极端压缩强度，压缩屈服强度以及动力浸没，图9显示了五种故障特性。 图8 晶格材料（a，b）四十面体；（c）金刚石；（d）BCC 图9 示意图描述了五种不同LS在未压缩、开裂和失效状态下的断裂特征 增材制造的点阵结构具有优异的抗冲击性。点阵结构采用316L不锈钢和Ti6Al4V合金材料制成的BCC和BCCD点阵结构作为中间材料，增加了点阵结构的分层阻力，并且随着相对密度增加，结构的抗冲击性也会增加。用相同相对密度的晶格结构取代了方形蜂窝结构的细胞壁，从而具有更高的能量吸收能力。在垂直和水平构造取向下，垂直建筑方向试件比水平建筑方向试样具有更强的拉伸和断裂韧性。 晶格结构在动载荷下的疲劳行为可以在三个不同的阶段进行评估，在第一阶段，应变迅速增加，在第二阶段，疲劳开裂开始，总应变保持在10的四次方到6次方个循环，在最后阶段，总应变对数增加，导致零件损坏。这三个阶段中的第一个阶段与裂纹萌生时间有关，另外两个阶段与裂纹扩展时间有关。研究表明，由粘附在支柱表面的粉末引起的高应力集中，由支柱附近形成的闭合孔引起的高应力集中，以及晶格结构中形成的微观结构不适合高周疲劳。另一方面疲劳强度的这种差异归因于高表面粗糙度和微观结构的α'脆性相。为了提高其疲劳强度，使用热处理，高等静压和化学磨损等方法。然而这些方法对晶格结构抗疲劳性的影响并不总是相同的。也有研究表明，胞状类型对SLM晶格结构的微观结构没有任何影响，图10显示了不同应变下不同点阵结构零件的变形机制。 图10 不同结构不同应变下结构零件的变形失效模式 挑战与建议尽管增材制造工艺提高了其在现代制造业中的潜力，但在制造组件时仍需要面对许多挑战，尤其是晶格结构。以下是在制造任何晶格结构之前应考虑的挑战：对于复杂的结构，支撑结构的应用对于制造构件非常重要。例如，在悬垂区域的情况下，使用特殊支撑来激活准确高效的构建过程，大型悬垂结构需要适当的支撑，以避免熔融金属在粉末床中坍塌。另一个重要参数，即支柱角度应选择在大尺寸晶格结构的最佳范围内，因为最差的支柱角度表现得像悬垂支柱，会发生部件的缺陷或故障。此外最佳支柱角度有助于散热。移除支撑也是一项繁重的任务，当支撑被移除时，有时会损坏晶格结构。因此，支撑的应用应最少，以避免制造后的任何损坏。SLM参数、单元尺寸、材料类型的选择对于制造晶格结构非常重要，因为选择最佳参数有助于减少制造时间和成本。结论和展望 增材制造技术被认为在未来的工业应用和工程中得到有效应用，被认为在未来几年比模具生产更有效。如果由于成本原因无法在这些系统中生产设计，模具生产作为替代解决方案提上议程，可以为成本问题提供解决方案。 在工程领域，生物医学、航空航天部件生产的一些实验和学术实例将直接铺设用于工程部件的批量生产，因为未来材料和系统成本将达到可接受的水平。在此开发过程中要克服的最重要问题之一是开发与要使用的增材制造系统参数兼容的设计解决方案。 众所周知，当根据经典生产方法进行的设计希望在晶格结构增材制造技术中生产时，需要进行许多修订。这在拓扑优化的一般设计逻辑中也可以看到，该逻辑用于产品缓解。 完全按照生产参数开发的有机形式将是未来几年的设计趋势，而不是通过将其置于拓扑结构并将其转化为可以通过增材制造生产的有机形式来减少为经典方法开发的设计。 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.西工大张卫红院士团队-仿生双曲面点阵结构材料承载、吸收能量研究 2.尺寸达1.3米，铂力特BLT-S1000 3D打印铝合金蒙皮点阵结构 3.结构、功能一体：增材制造GRCop-84铜合金晶格结构的力学行为 4.晶格结构3D打印机遇与挑战并存——设计与可制造性分析

尽管对激光粉末床熔融(L-PBF)的研究和工业应用呈指数级增长，但打印态条件下的Ti6Al4V部件仍无法满足大多数结构完整性和功能要求。主要缺点是高表面粗糙度、高残余应力、马氏体微观结构、高孔隙率和各向异性材料特性。这些缺点是典型的L-PBF工艺的固有特性造成的，其特点是快速加热和冷却以及逐层制造。 为了提供对L-PBF技术的更多见解和信心，必须仔细调查这些缺点的原因。这涉及技术、技能和行业要求三个因素的整合。目前，这种理解并不广泛，通常仅限于研究材料、工艺、标准或鉴定能力，极少将多个因素整合研究。L-PBF技术的输出参数对Ti6Al4V的结构完整性至关重要，其次是解决马氏体微观结构、孔隙率、残余应力和表面粗糙度的策略。 1. 微观结构 L-PBF生成的Ti6Al4V马氏体显微组织的解决方案是进行热处理。主要有两个原因；将α′马氏体显微组织分解为双相α+β基体，并改变prior-β晶粒的尺寸和形态。热处理通常在低于或高于β相变温度下进行，因此被称为亚相变或超相变热处理。在晶体学方面，sub-transus和super-transus是指Ti6Al4V存在两种晶体同素异形体：六方密排(hcp)α相和体心立方(bcc)β相。通常，亚相变热处理导致的微观结构的主要变化是α'分解为α和β。α片晶粗化的影响是以牺牲强度为代价适度增加延展性。随着热处理温度从约780°C增加到β-相变温度，保持1-4小时，然后进行炉冷或空冷。 另一方面，超相变热处理引起的微观结构的主要变化是柱状β晶粒的显著生长，这除了以牺牲强度为代价增加延展性之外，还意味着明显的各向异性变形行为得到部分缓解。除了亚相变和超相变热处理外，Ti6Al4V的准静态和动态性能的更好平衡已通过双相退火后处理热处理实现，从而形成双峰微观结构。双相退火工艺包括两个退火温度阶段和特定的保温时间，然后是两阶段冷却方法。 2. 表面粗糙度 解决高表面粗糙度问题的方法包括机加工和抛光技术。这通常是通过标准化的传统技术来实现的。总的来说，机加工处理在平面上效果最好。对于复杂、高质量的近净零件，抛光和化学铣削处理成为实现所需表面质量和几何公差的理想后处理解决方案。采用这些方法后准静态和动态机械性能的提高主要比打印态时高40-50%。 3. 残余应力 尽管通过底板预热和重新扫描策略努力降低残余应力，但在打印态部件中看到的残余应力仍处于100-500MPa的范围内，仍然高于大多数零件应用的最大允许应力。解决问题的方法是消除应力热处理。几份报告显示，在480至650°C范围内热处理1-4小时后，L-PBF生产的Ti6Al4V的残余应力有效降低，随后进行炉冷或空冷。有研究显示，在560°C的热处理后残余应力减少了约90%，低于560°C的应力释放速度非常缓慢，但随着温度从560°C升高到610°C而增加，同时硬度的显著增加。因此得出结论，最好在610°C下消除应力。 4. 孔隙率 零件存在的孔隙数量越少，零件越致密，这反过来意味着更好的准静态性能。但是，如果孔隙率高于最低要求，则需要进行热等静压(HIPing)。这具有综合效果，能够提高准静态和动态机械性能。Ti6Al4V的典型HIPing工艺是在895至955°C的温度范围内、最低压力为100MPa的惰性气体气氛下进行的。压力使内部孔隙和裂纹闭合，从而增加材料密度，延长疲劳寿命。固有的热处理效应会影响微观结构细化，从而改善准静态性能。 结论 总的来说，仅通过工艺参数优化来提高零件质量还不足以使零件满足航空航天等行业的功能要求。对L-PBF增材制造的Ti6Al4V结构完整性相关的重要属性包括：微观结构、孔隙率、残余应力和表面粗糙度。通过对Ti6Al4V的L-PBF处理的技术审查整个知识体系，强调对后处理解决方案的明确需求，将能逐渐明晰问题的解决策略。 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.赵沧教授等对金属3D打印中的缺陷形成有了新认识，能充分控制熔池稳定性 2.非接触式脉冲激光辅助增材制造技术制备出近乎等轴的Ti-6Al-4V合金 3.3D打印成功制备无裂纹、高性能超高温碳化钛陶瓷 4.Nature最新：超越TC4，3D打印获得更高强韧性钛-氧-铁合金

在材料学中， 通常会使用机械和热工艺相结合的方式调整材料的微观结构和机械性能。例如，通过控制金属锻造和挤压过程中引入的机械应变量，使位错积累来硬化材料，或在热处理 (HT) 时触发微观结构再结晶，这是一种无缺陷晶粒成核和生长的现象，可以产生更高的韧性和更各向同性的机械性能。 然而，这种做法不适用于增材制造生产的近净形状金属零件，因为材料和几何形状是在增材制造过程中同时形成的，因此使用典型的敲击方法来使其微观结构发生变化，势必会损害零件结构。因此，与传统制造路线相比，增材制造提供的控制金属微观结构和调整其性能的机会较少。大量研究目前集中在设计增材制造工艺上，旨在优化打印时的微观结构。 由新加坡南洋理工大学和剑桥大学共同领导的研究团队从“加热和敲打”方法中获得了灵感，开发了类似于锻造的新工艺，并用于金属粉末床3D打印，实现了将不同的材料性能集成到一个零件中。这项突破性的技术不同于传统的金属加工方法，因为它不需要额外的原材料或复杂的机器处理，而且可以降低制造成本。相关研究于10月30日，以“Additive manufacturing of alloys with programmable microstructure and properties”发表在Nature Communications。  实现方法  研究人员设计了加工策略来“编程”打印合金的热稳定性，以便可以先行确定材料的微观结构在高温处理下如何演变。研究发现，LPBF工艺生产的316L不锈钢的再结晶是由与传统生产的金属类似的机制驱动的，因为它需要最小的临界位错密度在一定温度下触发，这通常通过机械变形来控制。此外，材料完成再结晶的倾向取决于凝固微观结构中化学异质性的程度。溶质在微观结构中的微观偏析阻碍了晶界运动，并且产生的材料即使在高温处理之后也能保留大部分凝固时的微观结构特征。相反，化学成分更均匀的微观结构表现出较低的热稳定性，因此在热机械加工时更容易发生完全再结晶。 因此，在LPBF过程中直接控制位错密度和合金的化学异质性将允许在高温下设计材料的微观结构演变并“按需”驱动再结晶，而不需要任何额外的机械变形。为了实现这一目标，研究人员设计了两种不同的LPBF加工策略，分别生产具有高热稳定性和低热稳定性的316L不锈钢。两种策略的不同之处在于单层内熔体彼此的接近程度，这会影响激光扫描同一层的次数；即先前凝固的材料是否被重熔。通过改变填充间距，研究人员可以控制几何必要位错的密度（适应局部塑性应变梯度），同时通过重熔，可以促进局部化学成分的均匀化，从而减弱微观偏析。实际上，通过对扫描间距的调节，研究重熔次数，是一个比较新颖的角度。 通过LPBF工艺实现不锈钢316L的可编程热稳定性通过改变激光扫描间距来定制再结晶的驱动力316L不锈钢激光粉末床熔化过程中的原位X 射线衍射  层状微结构的拉伸行为 通过改变激光扫描间距来改变再结晶的驱动力，研究人员证明了其对微观结构的控制能力。再结晶导致的晶体织构、晶粒结构和晶界特征分布的差异也可能激发其他微观结构设计，从而获得优异的性能或新颖的功能。例如，可编程的、位点特定的再结晶可用于优化材料对因疲劳或氢脆导致的失效的抵抗力。在这方面，研究人员期望这一策略适用于其他材料。  南阳理工大学的研究人员 总的来说，该工作开辟了设计金属零件的方法，这些零件不仅具有微观结构优化的特性，还具有形状复杂性带来的拓扑优化性能。 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，半年连发8篇Science/Nature正刊！ 2.Nature：超越TC4，3D打印获得更高强韧性钛-氧-铁合金 3.Nature：专为极端环境设计的新型3D打印合金 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

今年7月和9月，3D打印技术参考分别报道了苹果公司两条关于金属3D打印的重要事件，分别是其正在采用激光粉末床熔融工艺3D打印生产2023款Apple Watch Ultra相关部件，以及正在测试粘结剂喷射金属3D打印技术批量生产Apple Watch Series 9表壳的相关事宜。 这意味着，苹果公司正在关注直接与间接两条金属3D打印工艺路线。报告称，金属3D打印有可能简化苹果公司的供应链。电子3C产品动辄千万级的发货量将为3D打印大批量制造带来极大契机，从而推动该技术向更多产品和行业发展。 苹果公司电子产品（来自苹果中国官网）对于金属3D打印工艺，可分为直接打印和间接成型两种路线，前者通常包括粉末床熔融和能量沉积工艺；而间接金属也主要包括两种技术，分别是粘接喷射(Binder  Jetting)和金属挤出(MEX Metal  Extrusion)。 粉床熔融技术经过10年发展，无论是应用场景、打印价格、制件成功率都已经经历了稳定发展和成熟。目前随着间接金属成型技术的发展，越来越多的用户开始探索并希望明晰这四种技术路线的边界，并根据自己的企业战略和金属增材制造路线图，选择符合的技术方案，并集成到工作流中。 扫描上方二维码获取白皮书 本白皮书将介绍这两大类的技术路线在打印质量、材料、应用、工作流程、制件时间和成本等方面的对比情况，帮助用户更全面的掌握这些信息，并做出决策。 1. 以电子行业为例，比较间接和直接金属打印技术 以苹果和荣耀为代表的3C消费电子，正在不断开始尝试将MIM（金属注射成型技术）、L-PBF（直接金属3D打印）和间接金属成型工艺结合，形成新的制程。如何从材料、工艺、成本等多个角度来看如何使用这些工艺？阅读完成白皮书，可以了解： 为什么表壳的钛合金零件多会采用L-PBF工艺？ 如折叠屏手机转轴等不锈钢制件，哪种工艺更合适？ 看似最简单的FDM（Metal MEX）会不会后来者居上？ 间接金属和L-PBF相比，每个样件的平均成本（由各自系统的生产速度和机器小时率得出） 2. 间接金属3D打印技术限制和难点 注射金属成型（MIM）行业正在重新积蓄势能酝酿一场新的技术革新，传统的脱脂和烧结工艺积累，正在让这些企业快速转向3D打印，原有的金属打印服务的秩序会被打破，新的行业壁垒会被建立起来。白皮书将介绍： 为什么一般的金属打印服务厂商很难提供BJ的制件？ 成本领先的间接金属成型会否让打印服务重新洗牌？ MIM原料具有兼容性，对粉末特性差异的容忍度大。一旦适应水平和材料吞吐量达到与MIM行业类似的工业规模，该技术就有可能成为一种非常经济高效的技术。 （节选自白皮书） 白皮书第四部分将介绍间接金属在哪些应用领域会有发展，扫码下载获取白皮书。 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.单客户装机近百台！光固化3D打印技术怎样继续创新？联泰科技给出答案 2.光学工程学会&北工大：举办增材制造技术研讨会 3.铂力特3D打印设备助力维度生物多孔钛合金椎间融合器获批上市 4.报告：2032年3D打印收入将超千亿美元，亚洲渐进，欧美激进！

亚稳态的TRIP（transformation-induced plasticity）高熵合金通过在变形时发生相变，阻碍变形时的位错运动，提高了合金的强度和加工硬化能力，进而实现高熵合金强度-塑性的同时提升。尽管TRIP高熵合金展现出优异的力学性能，但是铸造工艺成形的TRIP高熵合金缺陷较多，往往需要进行复杂的后处理（例如，均匀化退火+冷轧+退火）。激光粉末床熔化（LPBF）技术是一种增材制造技术，可以用于制造具有复杂几何形状的金属部件，并通过快速激光扫描形成的高熔池冷却速率，可有效地抑制元素的偏析并细化晶粒。目前，研究人员对TRIP高熵合金的研究主要集中于复杂后处理和LPBF制备的TRIP高熵合金的显微组织和力学性能，缺乏对铸造和LPBF制备的TRIP高熵合金显微组织和力学性能差异的机理展开深入地研究。 近期，华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室蔡超副教授、史玉升教授团队联合新加坡南洋理工大学周琨教授研究了LPBF制备的TRIP高熵合金Fe34Co34Cr20Mn6Ni6的显微组织和力学性能，并与铸造高熵合金进行了对比。LPBF制备Fe34Co34Cr20Mn6Ni6高熵合金为单相面心立方（FCC）结构，相反铸造高熵合金的FCC基体内存在大量密排六方（HCP）结构（42.1%）（图1）。LPBF制备的高熵合金的屈服强度、抗拉强度和塑性分别为305 MPa、808 MPa和18.9%，远高于铸造高熵合金（171 MPa、463 MPa和7.3%）（图2）。  图1. 样品侧面的EBSD图像。（a，b）LPBF制备高熵合金的反极图和相图，（c，d）铸造高熵合金的反极图和相图 图2. LPBF和铸造制备的高熵合金的力学性能和断裂特征。(a) 真应力-应变曲线，(b) 来自(a)中相应曲线的加工硬化曲线，(c) 拉伸实验后的断裂样品，(d-f) LPBF制备高熵合金的断口形貌，(g-i) 铸造高熵合金的断口形貌 通过相图计算、加载-卸载-加载实验、EBSD和TEM等表征方法，作者们阐明了铸造和LPBF制备的高熵合金组织和力学性能差异的原因。LPBF制备的高熵合金在变形过程中通过应力诱导相变在FCC相内部原位生成大量的细小HCP相，形成丰富的FCC/HCP界面（图3）。FCC相为软相，HCP相为硬相，塑性变形过程中，FCC/HCP界面处生成高密度几何必需位错缓解局部应力集中，产生了强大的背应力强化并促进了材料变形的均匀性，LPBF制造的高熵合金在断裂时的背应力达到665 MPa（图4）。铸造制备的高熵合金预先存在粗大而且平直的FCC/HCP界面，阻碍了有效的背应力硬化。此外，在变形过程中，铸造高熵合金中预先存在的HCP相和应力诱导形成的新HCP相之间发生相互作用，导致应力集中和裂纹的萌生，从而降低了铸造高熵合金的强度和延展性。本研究对LPBF与铸造制备的亚稳态高熵合金的显微组织和力学性能进行了全面比较，为高性能TRIP高熵合金的增材制造提供了宝贵的见解。 图3. 拉伸断裂样品侧面的EBSD图像。（a‒c）LPBF制备的高熵合金的反极图、相图和KAM图和（d‒f）铸造制备的高熵合金的反极图、相图和KAM图 图4. LPBF和铸造制备的高熵合金的背应力。（a）加载-卸载-加载曲线和（b）背应力和有效应力随真应变的变化曲线 上述工作以题为“Strength-ductility synergy of an additively manufactured metastable high-entropy alloy achieved by transformation-induced plasticity strengthening”发表在International Journal of Plasticity上（doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103823），论文共同通讯作者为华中科技大学蔡超副教授和华中科技大学张李超副教授。 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.华科顶刊-原位横向磁场辅助电弧定向能量沉积316L不锈钢成效显著！ 2.光学工程学会&北工大：举办增材制造技术研讨会 3.3D打印数据安全性至关重要，Velo3D获高级别权限 4.美国国防部正创建最大3D打印零件数字存储库，开启后勤新时代

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液态树脂的3D打印通常基于光固化技术，无论是SLA、DLP、LCD、POLYJET还是体积3D打印工艺。来自哈佛大学医学院和杜克大学生物医学工程系的研究团队开发出了一种新的3D打印方法，称为深穿透声学体积打印（DVAP），该技术使用粘弹性墨水和高强度聚焦超声波。 该技术的一个关键特征是他们使用声波墨水，可以防止固化超过焦点，从而防止凝固超过预期体素。使用超声波的一个关键优点是它可以穿透数厘米深的不透明介质。由于它对声波而不是光做出反应，因此该技术可用于从骨愈合到心脏瓣膜修复等生物医学目的。增材制造技术前沿注意到，该技术具有显著的医学应用潜力，本文将介绍其重大价值。12月7日，该研究以“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”为题发表在最新一期《Science》上，前两位作者可能是华人科学家。  与传统的“纵向”层层3D打印技术不同，体积3D打印通过从内向外的“横向”层层打印，在长时间以来被认为可用于制造医疗组织、器官，其具有更高的打印速度和全新的构建物体的方式。 但现有的体积打印技术几乎完全依靠光能来触发透明油墨中的光聚合，油墨本身的光衰减、功能性添加剂（如光吸收剂和填料）的存在，对基于光的体积打印的材料选择和构建尺寸带来了限制。尽管红外光可将光穿透力提高到几毫米 ，但将光深入到光学散射介质（如生物组织）中仍然具有挑战性。因此，基于光的体积打印在深度渗透数字制造方案中的应用具有内在的局限性。 超声波的穿透深度比光深100多倍，可以以高空间精度到达组织、骨骼和器官，这是基于光的打印方法无法达到的，因此有望用于触发深度聚合。通过超声波浴或基于喇叭的反应器，超声波可以通过水的空化产生活性氧，使乙烯基单体聚合，在几十分钟内形成水凝胶。 超声波也可以使用聚焦超声换能器聚焦到一个小体积中。换能器可以产生正负压交替的声波，并沿深度方向传播，高声能可以高精度传递到焦点区域。以前，基于空化的超声打印是通过固化聚二甲基硅氧烷树脂来实现的 。然而，需要一个构建平台，并且只能打印相对简单的几何形状，因为高声压产生的强烈声流会干扰焦点区域的局部油墨。 本篇研究报道了相变粘弹性超声油墨，它们同时允许深声穿透、低声流和快速声热诱导的自由基聚合，共同实现深渗透声学体积打印。DAVP的工作原理 巨大的医学应用价值！ 新的工艺和材料组合涉及一种被声波墨水，它是水凝胶、微粒和分子的组合，旨在专门对超声波做出反应。一旦声波墨水被输送到目标区域，专用的超声波打印探头就会将聚焦超声波发送到墨水中，将其部分硬化成复杂的结构。这些结构的范围从模仿骨骼硬度的六边形支架到可以放置在器官上的水凝胶气泡。 超声波打印机的设计者表示，“墨水本身是一种粘性液体，因此可以相当容易地注入目标区域，当你移动超声波打印探头时，墨水中的材料会连接在一起并硬化。完成后，可以通过注射器去除任何未固化的剩余墨水。” 声波墨水允许研究人员调整配方以适应多种用途。例如，如果他们想创建一个支架来帮助愈合断骨或弥补骨质流失，他们可以在墨水中添加骨矿物质颗粒。这种灵活性还使他们能够根据其用途设计出更耐用或更可降解的硬化配方。 DAVP 性能和材料通用性 该团队进行了三项测试，以验证其新技术的概念。第一个涉及使用墨水密封山羊心脏。当人类患有非瓣膜性心房颤动时，心脏无法正常跳动，导致血液积聚在器官中。传统治疗通常需要开胸手术来封闭左心耳，降低血栓和心脏病发作的风险。该团队使用导管将声波墨水输送到放置在打印室中的山羊心脏的左心耳，然后超声波探头将聚焦超声波穿过12毫米的组织，使墨水硬化，而不会损坏任何周围的器官。一旦该过程完成，墨水就会安全的粘合到心脏组织上，并且足够灵活，可以承受模仿心脏跳动的运动。 该团队还测试了新技术用于组织重建和再生的潜力。使用鸡腿创建骨缺损模型后，研究小组注入声波墨水，并通过10毫米的样本皮肤和肌肉组织层使其硬化。由此产生的材料与骨头无缝粘合，不会对任何周围组织产生负面影响。 在另一项实验中，他们在墨水中添加了一种常见的化疗药物，并将其输送到肝脏组织样本中。使用探针将声波墨水硬化成水凝胶，缓慢释放化疗药物并扩散到肝脏组织中。 3D超声打印技术在人体中的潜在应用 研究人员表示，“我们距离将这种工具带入临床还很远，但这些测试再次证实了这项技术的潜力。因为该技术可以通过组织进行打印，所以它在传统上涉及非侵入性和破坏性方法的手术和治疗中具有许多潜在的应用。” 总的来说，该技术允许在厘米深度通过生物组织进行打印，为微创医学铺平了道路。 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打印巨头Desktop Metal面临退市危机 2.北理工-3D打印技术在5G通讯天线中的应用进展与挑战！ 3.巨型铸造——砂型3D打印应用的新突破，新能源汽车行业的新焦点 4.国产桌面碳纤维3D打印机“不挑材料”，新增11款特种耗材！

根据市场研究公司SmarTech Analysis于今年年初发布的报告，2022年全球增材制造市场规模为135亿美元（Wohlers Report 2023报告180亿美元）。这家机构目前已改名为Additive Manufacturing Research，在业内持续发布多类型报告。3D打印技术参考注意到其最新的市场研究称，2023年的增材制造市场规模将达到188亿美元，到2032年预计达到1190亿美元。   亚洲和欧美发展理念有异 在全球范围内，欧美和亚洲在3D打印技术采用上有截然不同的思想意识。欧美观察人士认为，尽管亚洲拥有一些世界上最大的制造中心，但增材制造技术的采用仍落后于西方同行。这种差异并不是由于缺乏创新或技术能力造成的。相反，它源于市场动态和产业理念的根本差异。 亚洲和西方增材制造采用率的差异可归因于早期采用者数量的差距和不同的工业价值。欧美地区重要的行业部门可能渴望尝试和实施新的解决方案以实现彻底的变革，而亚洲的早期采用者部门规模明显较小且更加保守。  在欧洲和北美，早期采用者在展示增材制造的“颠覆性”潜力方面发挥了重要作用。例如，GE Aviation和SpaceX等公司已利用增材制造技术生产复杂的航空航天部件，展示了该技术创新和增强制造的能力。这些成功帮助建立了人们对增材制造的信心，促进了进一步的采用。  GE航空集团位于辛辛那提的增材技术中心 然而，亚洲行业采用增材制造的策略是经过深思熟虑的，只有在比传统方法有明显、切实的好处时才进行整合。这些经过深思熟虑的举措，特别是在依赖大批量生产和精益制造流程的行业中经常可以观察到。在采用新技术之前，亚洲（如国内）需要可靠的概念证明和明确的投资回报率。这些行业衡量的是渐进式改进的进展，而不是革命性的飞跃。 这里有一个规避风险的因素在起作用，这并不是缺乏勇气，而是对价值和回报的精确评估。这种趋势并不是说亚洲忽视创新——该地区在半导体制造和数字技术方面的快速进步证明了其前瞻性思维态度。然而，当谈到增材制造时，如果没有证据表明新方法能够胜过旧方法，人们就不愿意彻底改变经过验证的方法。亚洲将3D打印视为补充技术 为了充分发挥亚洲增材制造市场的巨大潜力，3D打印必须从主要被视为研发创新工具发展成为经过验证的“生产技术”。这种转变对于在高生产率和可重复性需求推动制造业的地区更广泛采用至关重要。 在亚洲，大规模生产和效率是制造成功的基准，当增材制造与其生产目标保持一致并在成本、速度和质量方面具有明显优势时，将获得更广泛的接受。 国内三大展会：TCT、Formnext、AmChina，均致力于将3D打印融入传统制造 全球3D打印解决方案提供商也有责任调整其方法以适应亚洲市场。与其试图重现积极的推动力，不如采取强调整合和改进当前制造工艺的策略可能会更有利。EOS和Stratasys等公司不仅通过销售机器，还提供将增材制造集成到传统工作流程的咨询服务，取得了进展。 这种方法涉及摆脱通常与增材制造相关的“颠覆性”标签，将其重新定位为增强传统制造的补充技术。这是通过该地区的成功案例研究来建立信心，以与亚洲制造业精神产生共鸣的方式展示增材制造的价值。 亚洲倾向于渐进式增长 增材制造在亚洲的潜力巨大，但只有当该技术符合亚洲制造商的运营理念时，增材制造的采用才有可能加速。这是一种经过深思熟虑的理念，而不是犹豫不决的拖曳；也不是“如果”的问题，而是“何时”和“如何”的问题。  亚洲的经济强国——中国、日本、韩国等——不仅仅是制造中心，而且是复杂的市场，它们以尊重和怀疑的态度对待增材制造等新技术。他们问：“这项技术将如何增强我们的优势并减轻我们的弱点？” 考虑到这些国家对其当前制造基础设施的深度投资，这是一个明智的问题。  铂力特智能制造厂房 增材制造要想真正在亚洲站稳脚跟，它需要的不仅仅是技术奇迹；它必须是一个业务解决方案。因此，增材制造在亚洲的增长取决于技术准备度和业务整合的交叉点。西方的增材制造模式以开拓精神和冒险心态为特征，旨在实现颠覆性的大胜利，但这种模式不太可能在亚洲复制。相反，我们将看到一个不同的采用周期——这个周期可能会更慢，但在整合方面会更加审慎和深入。 亚洲制造商已经相信增材制造具有优势，同时正在等待其在稳定性、可靠性和长期价值方面的获得保障。未来几年至关重要，因为增材制造倡导者不仅必须展示增材制造的能力，而且还必须展示它可以在工厂车间可持续的提供什么。  亚洲的增材制造发展之路将是独一无二的，并可能重新定义该技术的全球发展方式。该地区的制造商可能不仅成为增材制造的用户，而且成为增材制造的创新者和改进者，以针对其市场的特定和苛刻需求对其进行优化。这不会是一场无声的革命，而是一场与亚洲广阔的工业格局相呼应的响亮的演变。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，译自3D print.com The Asian Equation: AM Evolution Over Revolution，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.联泰科技总经理马劲松解读“中国3D打印技术如何在全球拥有一席之地” 2.70万个牙模、90万例3D打印个案，铼赛智能齿科数字化解决方案已取得显著成就 3.电弧增材制造爆发式增长！国内创新开发出原位增减材复合技术装备，助力大尺寸制造 4.美国国防部正创建最大3D打印零件数字存储库，开启后勤新时代