聚芳醚酮 (PAEK) 因其优异的机械性能、良好的生物相容性和高温稳定性而成为增材制造领域重要的高性能聚合物材料。3D打印技术能够制造复杂结构和定制功能的独特优势促进PAEK产品的快速开发，从而促进了其在各个领域的应用。然而长时间以来，此类材料几乎只能采用熔融挤出工艺进行3D打印。 当前国内外绝大多数商业化的激光烧结（SLS）3D打印设备腔体最高粉床预热温度通常为200℃左右，主要用于成形较低熔点的热塑性聚合物材料。PA12及其复合材料(熔点在180℃左右)目前仍是SLS技术用的最多、也是最成功的成形材料，占SLS商品化材料的90％以上。 EOS P810激光烧结碳纤维增强PEEK 超高温SLS 3D打印 而对于高性能聚芳醚酮、聚芳酰胺这类特种聚合物材料来说，熔点较高。以聚醚醚酮PEEK材料为例，其熔点约为340℃，为防止成形过程中的零件翘曲变形，要求SLS成形过程中预热温度设置在330-337℃的(激光烧结窗口)范围内。而老化的PEEK粉末熔点更高，烧结窗口更窄，预热温度设置更是接近400℃，对温度场稳定性和均匀性要求更加严格。 3D打印技术参考查询的华科团队的相关专利指出，现有技术中的SLS设备通常采用红外辐射加热管对成形台面进行加热，这种单纯红外辐射加热的方式难以达到400℃高温，因此亟待需要研发另外一种稳定可控的加热方式来实现诸如PEEK之类的高性能特种聚合物材料的高温激光选区烧结要求，尤其是满足严苛工艺条件下的均匀性预热需求。 史玉升教授团队开发出的能够打印PAEK聚合物的激光烧结3D打印机，可以有效实现400℃的高温预热，因而适用于高熔点聚合物如PEEK的激光烧结成形。 （a）第一代HT-LPBF装备HK PK125，（b）第二代HT-LPBF装备HK PK350，（c）PEEK粉末材料，（d）PEEK材料成形过程 针对现有技术的缺陷或改进需求，华中科技大学团队发明了用于高温激光选区烧结的框架结构、缸体预热方法、相应的光学热力防护及冷却系统。通过结合高温下的激光选区烧结工艺特征尤其是高精度预热的需求，对送粉缸体及成形缸体的内部组成构造重新进行了设计，同时还对具备独立空间的送粉系统和成形系统及其绝热功能组件等进行优化，不仅能有效实现送粉与成形两个关键操作的独立预热与控温，还能有效实现激光烧结温度场400℃的高温精准预热，由此顺利解决高性能聚合物材料在高温激光烧结成形时的翘曲问题，且不需预铺粉过程、降低激光烧结延迟时间，从而得到较高的加工效率和更高的加工精度。 此外，研究团队还制备了适用于激光烧结工艺的PEEK粉末材料，可同时满足粉末高温流动性、烧结窗口与堆积密度等关键指标的要求。制备的粉末整体形貌均一，堆积密度达0.37±0.01g/cm3，烧结窗口达27.26℃。 更为关键的是，史玉升教授团队与华中科技大学附属协和医院杨操教授团队合作，在国家重点研发计划项目的支持下，使用所开发的高温激光烧结设备开展了PEEK的临床应用研究，实现了椎间融合器临床应用。术后定期跟踪随访，进行功能评估，病人各项指标正常，术后恢复良好。 超高温SLS 3D打印商业化案例 在很长一段时间内，公开宣传可以进行PEEK激光烧结的商业化3D打印机只有EOS。其所推出的EOS P800系统内部操作温度为385摄氏度，在此温度下，PEEK材料所成型的部件与产品性能优良。由于不同的温度、新旧粉末混合比例以及冷却过程都会导致烧结部件与产品的性能不同。为了达到PEEK材料的优良性能，EOS在P800系统采用了OLPC（激光功率在线控制）模块，在升温降温过程中由OLPC模块通过实施检测对激光功率进行控制，保障所烧结的部件性能优势且品质稳定。   EOS P810打印的碳纤维增强PEEK零件（来自EOS） 除EOS之外，3D打印技术参考注意到华曙高科的一则消息：成功开发出全新超高温高分子材料3D打印解决方案，并已成功烧结某知名PEEK等高温特种材料。该公司指出，全新的超高温高分子材料3D打印解决方案，采用滚筒铺粉方式，对材料的适用性非常强，打印成功率高，同时用户体验非常人性化，活塞清洁位置设计科学合理，粉末清理十分便捷。 华曙高科超高温高分子材料3D打印的相关医疗产品（来自华曙高科） END 高温激光选区烧结是粉末床增材制造技术的重要分支，其与通常情况下的激光选区烧结技术最大的不同在于其可以加工高性能特种工程塑料，例如聚芳醚酮、聚酰亚胺等。对于这些高性能特种工程塑料而言，其通常具有非常高的熔点，通常高于300℃。为了避免成形过程中制件翘曲，同时保证制件精度，需将成形腔预热到非常高的温度(接近材料熔点)，这对设备和粉末材料提出了非常高的要求。 史玉升教授团队此前还发表了综述文章，从材料性质、成形工艺、力学性能和产品应用等方面阐述了增材制造高性能PAEK材料的最新研究进展，系统介绍了它们在生物医学、航空航天、电子等领域的代表性应用。最后，讨论了高性能增材制造聚合物未来发展的当前挑战和可能的解决方案。相关论文可通过下方链接下载。https://doi.org/10.1002/adma.202200750 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; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.激光烧结“面曝光”3D打印迎来重要发展，大幅提高速度、降低成本，适应更多材料 2.华科史玉升教授团队开发出能3D打印PEEK的激光烧结SLS设备并成功实现临床应用 3.3D打印PEEK植入物迎来重要发展：国家药监局发布注册审查指导原则 4.材料专场：PEEK 3D打印为何如此困难？成功打印，需要哪些技巧

3D打印技术参考注意到，NASA已开始准备今年的小型企业创新研究 (SBIR) 和小型企业技术转让 (STTR) 第一阶段提案。延续往年的趋势，3D打印项目在其中占据了举足轻重的地位，重点是开发新的增材制造工艺或利用现有的3D打印技术来支持NASA的各种应用（包括太空探索系统和航空等）。此次总投资为4500万美元，每个提案团队将获得150,000美元，以证明其突破性创新的优点和可行性。 3D打印相关提案的稳步增长显而易见，2019年有10家3D打印相关公司入选第一阶段奖项，2022年这一数字已经增加到24个，这一趋势展示了航空航天业对推进增材制造技术的持续关注。  NASA的资助有助于与太空相关的公司将他们的技术落地应用。第一阶段合同赋予小型企业和研究人员，合同持续六个月，STTR合同与研究机构合作延长13个月。以下是与3D打印相关的十项前沿计划： 1. 增材制造具有先进冷却技术的空间核反应堆陶瓷热管 核电推进系统具有多种优势，包括增加科学有效载荷、缩短飞行时间和延长任务寿命。这些优势使广泛的任务成为可能（如载人火星任务、无人驾驶外行星任务和深空任务）。将反应堆连接到功率转换系统热端的热管理系统必须高效、轻便且可靠。随着总功率扩展到兆瓦级，这些要求变得更具挑战性。在这个项目中，Advanced Cooling Technologies与USNC-Tech合作，将为太空核应用开发增材制造的高功率陶瓷热管理系统。该系统具有高度可靠、被动、高效且重量轻的特点。陶瓷的使用将大大节省反应器和热管理系统的质量和体积。 2. 增材制造改进离子发动机光学器件 W-24Re（钨铼合金）具有比Mo更高的强度、更高的弹性模量、更好的抗溅射侵蚀性和更低的热膨胀系数，Quadrus Advanced Manufacturing公司将探索使用该合金借助（SLM）3D打印技术生产网格离子发动机光学器件的可行性。这种难熔合金有望同时提高发动机寿命、提高结构可靠性并降低总体制造成本和交货时间。该材料的潜在应用包括行星飞船、星际飞船和卫星等。 3. 一种3D打印的混合推进系统 HyBird Space Systems正在开发一种用于航天器脱轨的反制动推进系统，其名称为的RT-5X，由3D打印技术制造。它将帮助NASA减轻轨道碎片对其航天计划造成损害的潜在风险。该公司希望其技术成为一种低成本、预防碎片的解决方案，提供受控的重返大气层能力，并可能使其他小型卫星开发商受益。 4. 轻型、可3D打印的光学双接触力和温度传感器 熟练的机器人操作对于建立可持续的空间基础设施至关重要，Intelligent Optical Systems公司正在推进这项技术。他们提出了一种新型末端执行器传感器，该传感器可以3D打印并集成到机器人系统中，从而扩展传感末端执行器的范围。 5. 用于极端环境的线激光金属3D打印轴承 Multiscale Systems公司旨在通过利用线激光金属3D打印来应对探索外行星、地下海洋和金星的挑战。该团队将使用这种创新方法在多材料合金中打印轴承，这种轴承可以承受极端环境条件，如低温、腐蚀性大气和高压。该解决方案具有重量轻、设计复杂以及能够制造具有高延展性、可控热膨胀和耐腐蚀性等理想特性的合金复合材料的优势。最终目标是根据客户要求制造组件，使 NASA对金星、木卫四、土卫二、木卫二、土卫六的任务以及可再生能源领域的潜在应用受益。 6. 使用3D打印制造超导磁屏蔽器件 Applied Nanotech公司将探索新方法用于提高太空探索X 射线探测器的性能。这些称为过渡边缘传感器 (TES) 的检测器对磁场非常敏感，为了解决这个问题，Applied Nanotech正在开发一种使用增材制造技术来保护这些探测器免受磁场影响的新方法，他们将在可以阻挡磁场的材料上涂上一层特殊的材料。这项研究在NASA的各种任务中都有潜在的应用，如研究天体物理学、地球科学、太阳物理学和行星科学。该项目开发的技术也可用于其他领域，如改进电子封装和量子计算。 7. 非平面星载增材制造电子产品 Micro-Precision Technologies与宾厄姆顿大学的高级微电子制造中心合作，正在开发一种工艺来创建用于太空的特殊电子电路。它们结合了厚膜陶瓷技术和气溶胶喷射打印技术，这种混合使他们能够在曲面上制作电路并满足太空任务的严格标准。这些电路将用于传统电路板太大或无法正常工作的太空和地球，包括NASA探索其他行星和运营国际空间站 的任务、医疗设备和国防工业。 8. 符合太空要求的3D打印电路板 Nanohmics和得克萨斯州立大学正在合作开发用于太空的独特印刷电路板，这些电路板将使用先进的3D打印技术和导电油墨制造，目标是使其能够承受太空极端条件（如温度变化、冲击和辐射）。在项目的第一阶段，他们将使用柔性材料创建原型，并使用标准电子元件对其进行测试。这些新的电路板将极具灵活性紧凑性，允许在未来的太空任务中更有效的利用空间。 9. 增材制造电子产品中高级集成电路的高可靠性互连 该拟议项目旨在提高使用增材制造电子产品的耐用性和坚固性。Sciperio和Embry-Riddle航空大学希望设计能够承受温度变化的可靠互连装置。该团队将使用先进的3D打印设备快速生产和测试这些设计，潜在应用包括卫星电子设备、可穿戴监控设备和生物医学设备。 10. 借助微波和3D打印制造月球建筑 X-Hab 3D和宾夕法尼亚州立大学研究机构将研究多用途高功率微波源支持一系列月球施工作业的可行性和适用性。他们将通过概念验证证明高功率微波在多种施工作业中的功效，包括月球混凝土的微波固化、风化层的预处理以及风化层衍生矿石的冶炼以增强月球混凝土的结构。用于创建基础设施的混凝土增材制造有望改变建筑行业。混凝土材料的可建造性和可打印性存在局限性，促进固化的替代方法（例如高功率微波）可能会彻底改变向低碳水泥和无水泥粘合剂（包括地质聚合物）的转变。   NASA为小型企业颁发的SBIR和STTR奖项  NASA在2023年授予的其他计划希望彻底改变月球建设，包括加固着陆台、改进更安全着陆和起飞的方法、用于建筑活动的高功率微波技术，以及用于提取风化层以制造着陆台砖块的创新Brickbot系统结构。以下是今年获得第一阶段SBIR和STTR奖项的其他3D打印相关计划的列表： 用于太空和地外表面金属焊接和连接的综合计算材料工程 (ICME) 飞行配重低温凸轮蝶阀和超高压可变流量控制阀 空间成像增材制造镜基板的细胞优化 快速配置模具和型腔系统 宽带无机自由曲面光学器件 增材制造坚固的非平面电气互连 机器人高发射率表面处理 增材制造超精细光机激光学科 (AM-HOLD) 模块 新型月球着陆垫加固结构 月球上的风化层覆盖结构 可重复利用碳纤维增强热塑性复合材料电阻焊 参考：https://sbir.nasa.gov/prg_sched_anncmnt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.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果 2.NASA纯干货分享：采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验总结（重新认识构建过程） 3.NASA着力开发火箭发动机的多合金和多工艺增材制造 4.NASA：航空航天领域3D打印材料的可获得性、工艺复合制造及成本组成考量

暌违两年，Formnext + PM South China深圳国际增材制造、粉末冶金与先进陶瓷展览会将于2023年8月29至31日在深圳国际会展中心迎来回归。2023年展会规模达20000平方米，届时预计将吸引超300家企业参展及15,000名专业观众参观。 Formnext + PM South China展会涵盖增材制造、粉末冶金、先进陶瓷三大领域的材料、设计、软件生产设备、前后期处理、质量管理和测量等整条工艺链，更有80+场次同期活动促进业内交流，致力为业界捕捉市场新态势，拓宽高端制造业未来版图。 洞察市场先机，把握制造机遇  随着中国公布了亮丽的2023年首季经济表现，市场对中国制造业的稳步复苏充满信心。国内生产总值（GDP）同比增长4.5%，超出市场预测。当中社会消费增长最强之外，制造业投资录得7%按年升幅，工业生产稳步增长。3D Hubs于近日发布了2023年的3D打印趋势报告，预测3D打印系统、软件、材料和服务收入领域的市场规模或达199亿美元，年增长率17%。 为捕捉商机，多家业内知名企业已落实参加Formnext + PM South China，为区内制造业带来增材制造丶粉末冶金丶先进陶瓷三大领域的高性能材料丶创新成型解决方案丶前后处理技术丶检测设备丶高精密零部件产品等前沿技术和设备。部份已落实的知名参展商包括： Formnext+PM South China 2023 行业内的知名企业：   增材制造 惠普、铂力特、华曙高科技、Stratasys、汉邦科技、易加三维、镭明激光、中航迈特、容智三维、易制科技、光韵达、威拉里、一胜百、中体新材、联泰科技、威斯坦、迅实科技、纵维立方、Phrozen、铼赛智能、金石三维、升华三维、远铸智能、阿密斯、Oqton、FLOW-3D、非白三维、十维科技、赢创特种化学、万华化学、巴斯夫、诺思贝瑞、中科三维、共享智能等。 粉末冶金 恒普真空、安泰科技、星特烁科技、昶丰机械科技、悦安新材料、铸金科技、象上精机、金川集团、天通吉成机器技术、空气化工产品(中国)投资等。 先进陶瓷 东方锆业、中材高新氮化物陶瓷、华美新材料、卡贝尼精密陶瓷、3Dceram三维陶瓷、饶稷科技、北方华创真空技术、久压久机械制造、鑫信智能装备、叁星飞荣机械、NANOE、点云生物等。 新品持续放送，创新提前预览  3D打印的发展日新月异，Formnext + PM South China亦不断洞察市场的发变化与时俱进，本届展会汇集最前沿的参展商，将向大家展示丰富的创新产品，技术和解决方案，为专业观众群体，买家等各方提供一个高效，专业的平台。   捕捉行业趋势，深化技术交流  Formnext + PM South China自办展以来，其技术论坛及研讨活动始终以专业，优质为基准，是展会不可或缺的一环，广受各界赞誉。本届除去焦点活动载誉而归，更有新活动不断加入，预计超80场次，行业前沿企业和您一起聚焦增材制造技术，分享最新应用案例，共促行业深度发展。 增材制造应用论坛 新能源汽车增材制造应用峰会 深圳国际陶瓷3D打印暨医疗行业应用高峰论坛 3D打印模具应用论坛—破局增减材技术瓶颈 增材新技术新势力论坛 Formnext+PM South China新品发会 增材制造Binder Jetting粘结剂喷射成形技术论坛 电弧增材前沿技术与应用论坛   AM+PM精品论坛   华南注射成形及增材制造技术与应用高峰论坛 3D打印风投大会 Discover3Dprinting-ACAM为复杂的增材制造导航  深圳国际电子元器件技术产学研高质量发展高峰论坛   更多同期活动持续更新中  Formnext+PM South China，扫描下方二维码注册（内含注册广告） 行业大咖齐聚 深入畅谈行业的发展趋势与技术前瞻 为行业增添更多元信息触角 新材料、新设备、新工艺在这里发布 行业智慧和力量在这里汇聚 新思想在这里交流、碰撞..... 引领行业发展，从未止步  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.Formnext：增材制造技术引领中国新能源汽车转型升级 2.15位院士出席 |…

近日，3D打印技术参考注意到，全球标准组织ASTM International发布了新的战略指南：增材制造现场技术准备报告（QQ群下载）。这份报告是对ASTM AM CoE组织第二次专业研讨会的成果，该研讨会与美国国家航空航天局 (NASA)马歇尔太空飞行中心 (MSFC) 和America Makes 合作举办，旨在探索最先进的监测技术，加速增材制造 (AM) 零件快速且具有成本效益的各环节认证。 该研讨会汇集了来自政府机构、研究组织、工业界和学术界的代表， 讨论了在增材制造资格和认证中应用高成熟度现场监测技术的挑战、技术进步、潜在解决方案和前景，包括使用原位方法的增材制造质量保证方法，在增材制造生产中集成现场监测系统，以及现场监测数据与增材制造材料特性和传统的非原位检测技术的相关性。    美国国家航空航天局(NASA)马歇尔太空飞行中心(MSFC)是先进制造领域的领导者。NASA  MSFC增材制造实验室拥有包括激光粉末床熔融和送粉定向能沉积在内的最先进的制造技术。该实验室研究的重点是支持太空飞行组件的认证，其凭借设计、后处理、无损评估、损伤容限、金相学、机械测试和计量学等专业知识支持增材制造技术的应用。 报告指出，随着增材制造领域的快速发展，增材制造加工的复杂性和零件的临界性在增加，现场监测成为评估质量的重要组成部分，现场监测的作用变得越来越重要，它有可能为跨各种相互作用的过程变量提供增材制造过程健康状况的整体视图。验证增材制造过程中的控制状态和表征过程偏差的能力对于促进生产环境中增材制造零件的快速、低成本鉴定和认证至关重要。  实现实时自动化缺陷检测的最大挑战  使用现场监测技术进行缺陷检测的水平   虽然现场监测的一些功能已经被用于商业软件和系统，但目前大多数物理和数据驱动的建模方法仍然处于较低的TRL水平。为了使技术整体成熟，行业需要结合不同高TRL领域的努力，以减少重复工作，并为不同的模型类型(即多物理场和数据驱动、有限元、回归分析、机器学习等)创建重点工作。在潜在的重点工作中，由于涉及大量决策树，机器学习可能具有开发低成熟度项目的最大潜力。这也可以用来帮助多种传感器模式的连接，以告知和弥合物理的差距。 此外，增加对基准测试的关注将普遍有利于提高成熟度并加速采用现场监测进行增材制造资格认证。总的来说，目前用于鉴定的原位监测技术的TRL受到数据流程中成熟度最低组件的TRL的限制。目前，解释和分析数据是最需要工作的具体组成部分。   截至2020年的传感器技术就绪水平(深蓝色)和2025年展望(浅蓝色)  目前，许多缺陷难以检测到，并且大多数难以证明传感器数据与最终部分缺陷之间的因果关系。在努力建立已证实的因果关系的同时，需要为不同类型的缺陷定义关键缺陷大小。这将在检测到缺陷后为决策树设置阈值，并将有助于确定所需的计算能力，定义数据处理和保留负担，进而采取纠正行动和控制操作。或者，即使可以稳定的确定任何尺寸的缺陷可以在机器和材料中可靠的检测到大小，也可能是一种增长途径，并将降低解决这个非常具有挑战性的问题的障碍。 研发战略路线图 数据显示，人工智能(AI)、机器学习(ML)、传感器技术等领域的高关键应用和跨技术创新相结合，推动了现场监控技术的快速发展。这项工作的结果突出了行业专家之间对有效使用现场监控技术进行增材制造资格和认证的进一步讨论的必要性。 研发路线图向增材制造社区传达了增材制造CoE研发计划的当前进展和目标。该路线图概述了增材制造标准化研发的未来，以及使这些努力与标准制定保持一致的框架。 战略指南文件可在QQ群（867355738）下载。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： 1.250页成果下载 | 由增材过渡到减材，完成零件复合加工 2.3D打印研究成果下载：花费5年、1720万欧元，提交5500个样本，专注于缺陷和工艺分析 3.面向增材制造控形与控性的多尺度力学设计 4.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果

4D打印是MIT副教授Skylar Tibbits在2013年提出的新概念，它是在3D打印的基础上，物体可以根据周围的环境“实时”改变形状、功能、属性和位置。4D打印定义的主要组成部分包括3D打印技术、智能材料、外部刺激、变形机制和变形可控结构，是软机器人等智能结构和材料的重要研究方向。    1. 采用SLA技术实现凝胶材料4D打印 3D打印技术是4D打印的重要组成部分，它对材料的选择和结构的可用性有重大影响。以往对3D打印技术的研究包括直接墨水书写技术和立体光刻 (SLA) 技术，其中凝胶是经常使用的重要材料。在直写技术中，凝胶状材料在提取后通过紫外线实现逐层固化，3D打印的精度取决于材料的触变性。SLA技术通过激光固化凝胶溶液的方法，当紫外线激光从一个方向扫描凝胶溶液时，暴露在紫外线下的一侧首先聚合，随后通过激光传输在凝胶溶液下形成凝胶。因此，暴露于紫外线一侧的交联密度会高于另一侧，从而形成梯度。在这种情况下，由于暴露在紫外线下的一侧和另一侧之间的膨胀率不匹配，打印的建模对象在放入水中时会发生变形。 然而，最近日本山形大学Masanari Kameoka研究团队在上述SLA方法中发现了一种情况，梯度凝胶向内卷曲到另一侧而不是暴露在紫外线下的一侧，它不同于常规的变形方向，是该类研究的首次发现。该团队一直致力于交联网络高强度凝胶 (ICN) 的单一材料4D打印，近期，该团队在期刊《Machines》上发表了题为“4D Printing of Hydrogels Controlled by Hinge Structure and Spatially Gradient Swelling for Soft Robots”的文章，提出了一种通过简单增加引发剂的量，来制造梯度凝胶的方法，其测试了不同材料浓度和不同结构下的力学性能(膨胀比和杨氏模量)，并分析和模拟了各自对变形的影响。  https://doi.org/10.3390/machines11010103 2. 研究内容 研究团队使用自主研发3D打印凝胶打印机以及ICN凝胶材料通过简单增加引发剂浓度，可以获得广泛的梯度材料组合。研究团队自主研发3D凝胶打印机，如图1a所示，将一个装满可紫外光固化的水凝胶单体溶液的容器放置在3D凝胶打印机的平台上，通过从顶部照射激光进行扫描，形成所需的形状。随着扫描次数的增加，顶部的聚合程度增加，固化面积变大、变厚，聚合度高的层和聚合度低的层也会形成。通过该聚合原理制备了铰链结构，如图1b所示，因为扫描激光的强度(扫描次数)不同而导致凝胶的交联密度不同，进一步产生的膨胀比的差异驱动铰链变形。当水凝胶片放入水中时，暴露在紫外线下的一面的膨胀率高于另一面，使暴露在紫外线下的一面覆盖另一面。  图1 具有铰链结构的ICN凝胶的3D打印过程   2.1 引发剂浓度 探究了引发剂浓度和紫外光扫描次数对对凝胶膨胀率、杨氏模量和变形量的影响。其中变形量是通过测量膨胀变形的水凝胶片与玻璃基板之间的弯曲角度获得的（图3）。引发剂浓度和扫描次数对提高溶胀率有一定的作用，但杨氏模量与引发剂浓度没有相关性，杨氏模量随着激光扫描时间的增加而增加。同时，引发剂浓度的增加导致弯曲角的增加，在0.02 (mol/L)引发剂浓度下，引发剂变形量是引发剂浓度的两倍以上，说明引发剂浓度对引发剂变形有显著影响。  图2 梯度ICN凝胶的制备过程示意图 2.2 交联剂浓度 本实验探究了交联剂浓度和紫外光扫描次数对对凝胶膨胀率、杨氏模量和变形量的影响。随着交联剂浓度的增加，溶胀率降低，杨氏模量增加，弯曲角增大。同一交联浓度下，三次扫描的膨胀率和杨氏模量都高于一次扫描。从这些结果可以认为，三次扫描中，交联剂浓度为0.1 (mol/L)时，暴露在紫外线下的一侧与另一侧的差异最大。  图3 无铰链结构/有铰链结构的水凝胶片在膨胀过程中的3D打印双层凝胶 2.3 扫描次数（凝胶厚度）和铰链结构 本实验探究了紫外光扫描次数（凝胶厚度）对凝胶膨胀率、杨氏模量和变形量的影响。测试结果表明随着扫描次数的增加，膨胀率逐渐降低，杨氏模量增加，弯曲角变小，但是5次扫描的膨胀率高于3次扫描，这是由于白层的增加，膨胀率会更高。 在变形测量结果的基础上，对铰链结构进行了变形测量。经过两次扫描，铰链结构比水凝胶片变形更小，这是由于铰链结构的凹部在凸部之前进行了圆角变形，使得固定的凸部与未被固定的凸部发生碰撞，无法再进一步变形。研究还发现，在三次或五次扫描的情况下，当水凝胶片弯曲角度未达90°时，铰链结构能使弯曲角度增加，这是由于凹部先于凸部变形，从而将凸部变形与凹部变形叠加。以上结果表明铰链结构也会影响弯曲角度。  图4 3D打印单层凝胶在不同引发剂浓度和不同扫描次数（1次或3次）下的成形情况 通过实验总结出影响4D打印物理参数的因素，包括引发剂浓度、交联剂浓度、凝胶片的厚度以及铰链结构。其中引发剂浓度是引起变形的最重要因素，低引发剂浓度可显著降低变形。交联剂能增加材料的硬度，有助于材料在离开水时保持其形状。在不改变材料成分的情况下，4D打印可以通过凝胶片的厚度（扫描次数）来控制弯曲角度。此外，由于变形不规则性可以将变形限制在90°以内，因此铰链结构可以应用于纸盒等折纸结构。 3. 打印实例 应用上述带/不带铰链结构的水凝胶片可以创造出各种形状。研究团队创建了水母模型，这种建模仅根据顶层和底层之间的重叠梯度程度而变形。以凹陷部分为变形轴创建铰链结构，铰链结构作为立方体展开时的关节，通过改变铰链结构的角度来调整变形模式。通过这样改变铰链结构的角度和形状，也可以增加变形的种类。此外，研究团队还创建了立体折纸模型、蝎子模型和蜗杆模型等。   图7 具有铰链结构和梯度膨胀的水凝胶在0min和30min下的4D打印照片（a）水母模型（无铰链结构）（b）立方折纸（c）两种不同铰链结构的蜗杆模型（d）蝎子模型  图8 两种不同铰链结构蜗杆模型的4D打印  图9 蝎子模型的4D打印步骤总的来说，这项工作使用SLA技术开发了类似双层结构的自折叠3D打印ICN凝胶。可以通过控制ICN凝胶的组成、紫外线辐照度和形状(铰链结构)，对弯曲角度进行编程，有望应用于软机器人方面。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.浙大团队利用Raise3D E2为吹塑工件设计低成本4D打印充气结构 2.4D生物打印是噱头吗？看4D Biomaterials创新材料4Degra的应用 3.Science最新：低温免烧结，3D打印SiO2微光学玻璃 4.黑格科技重磅新品：专业级光固化桌面3D打印机，面向消费端

增材制造通过材料逐层累积的方法来制造实体零件，其不只是一种制备工艺，而是一种包括设计-材料-工艺-设备-检测-标准全方位的技术群，而先进设计是增材制造发挥作用的源头。不同于传统的设计方法，增材制造对产品设计技术提出了更高的需求： 控形与控性多尺度力学设计与仿真技术 拓扑优化设计与仿真技术 创成式设计与仿真技术 轻量化设计与仿真技术 组元晶格结构设计与仿真技术 跨学科多功能融合设计与仿真技术 梯度材料结构设计技术 可以说，设计是增材制造技术应用的源头，而力学设计是增材设计技术的核心！由于涉及的内容较多，很难用一篇文章来诠释所有的内容。本篇主要概述安世亚太基于控形与控性的多尺度设计与仿真技术在增材制造的领域所做的一些探索与研究成果。 在增材制造过程中，控形与控性是增材制造中两个重要考察指标。通常说宏观控形和微观控性。而宏观控形需要重点考虑翘曲变形、部件开裂、刮板碰撞、支撑开裂及飞溅等；微观控性需要重点分析球化、孔隙率、相变、颗粒尺寸、晶粒结构和初始位错密度，如图1所示。 图1 增材制造控形与控性 而真正要实现增材制造在打印过程中的控形与控性，需要材料性能-打印设备-结构设计-打印工艺一体化调控与优化，这里面就涉及到微观-细观-宏观多尺度的力学分析。  多尺度力学设计 本文涉及到的多尺度力学设计主要在微观-细观-宏观多个尺度层面上进行对微观结构-细观结构-宏观结构进行研究分析。其实多尺度力学设计的核心：多物理过程耦合和多尺度关联。 图2  多尺度力学设计 增材制造过程，尤其是SLM打印工艺，在微观层面研究主要集中在粉末的成形、粉末的流动、熔池动力学及微观组织分析等方面；在细观层面研究主要集中在晶格结构力学性能、多孔泡沫金属力学性能、晶格结构热力学性能以及特殊的负泊松比结构力学的研究上；在宏观层面上研究主要集中在产品的宏观力学性能预测、拓扑优化设计、轻量化设计等等。如图2所示。多尺度力学设计的研究自下而上主要研究零件或产品的成形机制，预测产品的力学性能；自上而下则可以对打印工艺进行优化与打印设备优化。 粉末颗粒的微观力学设计 控性：粉末篇 在针对SLM打印工艺中，为了实现增材打印过程控性，安世亚太在金属粉末成形-撒粉-铺粉整个流程中都进行了深入地探索和研究，如下图3所示。 在这个粉末的全流程中，任何工艺参数的改变都会影响到最终产品的成形质量。比如在旋转电极制粉工艺中，电极转速、等离子体电弧功率等会对粉末成形粒度分布产生很大影响，进而会影响到后期撒粉、铺粉以及熔池的形成。 图3 金属粉末成形-撒粉-铺粉的力学设计 金属粉末对SLM打印工艺打印成形件最终质量有着至关重要的影响。粉末性能的评价指标主要包括：粉末粒度分布、氧含量、松装密度、粉末流动性和粉末形貌等。 金属粉末的成形方式有很多，目前比较成熟的用于增材制造的金属粉末制备工艺主要有两种：气雾化法（Vacuum Induction-melting Gas Atomization：VIGA）和等离子旋转电极法(Plasma Rotating Electrode-comminuting Process：PREP）。这两种制粉工艺的特点如表1所示。 表1  气雾化制粉和等离子旋转电极法制粉特点对比表 基于此，安世亚太也针对这两种金属粉末制粉工艺进行了CAE仿真分析，研究了制粉机理，分析了气雾化制粉和旋转电极制粉不同制粉工艺参数对粉末成形质量的影响。如图4和图5所示。 图4 气雾化制粉工艺仿真结果/图5 旋转电极制粉工艺仿真结果 成形后获得的金属粉末需要经过给粉器-分粉器-铺粉器最终到达成形平台，粉末在这一过程中的运动涉及流体（气体）、粉末通道内壁及金属粉末颗粒之间相互作用的运动。当颗粒密度较低时，不用考虑颗粒间的相互作用，当颗粒较多时，需要考虑颗粒间的碰撞作用，当颗粒非常稠密时，颗粒间的摩擦力是流体的主导作用力。 图6 金属粉末撒粉过程 ‍ 控性：熔池 ‍               影响SLM成形质量的因素有很多，主要可以分为归纳为三类：环境因素、工艺因素和粉末因素。其中环境因素主要包括打印设备的预热温度、保护气体类型，循环气流量等，工艺因素主要包括激光功率、激光扫描速度、激光扫描路径、铺粉层厚、光斑直径等等，粉末因素主要包括粉末的粒度分布、形貌、氧含量等。 熔池存在传热、对流、传质、气-液界面冶金反应以及固-液界面扩散等复杂的动态多物理场过程。对熔池的研究需要考虑激光的吸收与散射、粉末的熔化、表面张力、合金元素挥发、汽化、对流、辐射、熔池的熔化与凝固、高频次热循环下的固态相变等。安世亚太对熔池的形成过程、以及不同打印工艺参数变化对熔池的影响进行了深入地研究和探索，如图7和8所示。 图7 熔池的微观物理过程示意/图8 熔池的不同时刻的形态变化 晶格结构的细观力学设计 细观尺度是介于微观尺度与宏观尺度之间，细观力学主要研究的是材料在空间上的分布对结构力学性能的影响。其目的是将实际不均匀材料用等效均匀介质来代替，获得与之等效的力学性能常数。 晶格结构也称为点阵结构（Lattice Structure），是某种结构的单胞在空间按照一定的规律组合成的结构，能够承载一定的受力并实现某种特定的功能。晶格结构具有质量轻、比强度高、比刚度高、抗冲击、高散热隔热以及电磁屏蔽等优越的力学性能，当前是3D打印的一个重要研究领域。 晶格结构是由相同或者不同几何形状的晶格单元按照一定的规则组合而成的，所以晶格结构的设计包括晶格单元几何形状的设计和晶格结构的组合设计。晶格单元是组成晶格结构的最小单元，晶格单元的设计方法主要有实体几何构造法、隐式曲面法和拓扑优化法。 图9 晶格结构的力学性能与填充率的关系 图10 晶格单元性能数据库晶格种类 不同的晶格单元有着不同的特性，对晶格单元的特性进行研究并建立相应的晶格单元性能数据库才能满足晶格结构的性能要求。 结合安世亚太在仿真设计和增材制造领域多年的积淀，利用参数化建模仿真系统设计并建立了多种增材制造晶格单元的性能数据库，方便我们根据不同的应用场合来挑选合适的晶格单元和相应的晶格单元设计参数，并且可以根据不同晶格的性能特点进行优化组合，采用多种晶格进行拼接设计。见图9和图10所示。 部件系统级的宏观力学设计 在宏观尺度上也就是部件系统级上，要实现增材的控形与控性就要从增材打印设备上、增材打印工艺、以及产品结构设计这三个方面去调控与优化。 增材设备的宏观力学设计 增材设备性能的好坏直接影响到打印产品的性能，比如若增材设备的成型腔室刚度不足，就会造成打印的产品在成型面上出现变形不一致的现象；如果成型腔室内气流场不佳，在打印过程中有可能会出现烟气颗粒无法顺利排出，进而可能在打印件内部形成缺陷，影响打印件质量。 因此安世亚太针对公司的增材设备产品进行了各种工况下的仿真优化分析，大大提升了设备产品的各项性能指标，为打印产品的控形与控性提供有力的设备支撑。针对公司开发的增材制造设备所进行的仿真优化包括：   整机设备强度分析及优化 整机设备刚度分析及优化 关键部件疲劳分析及优化 入口均匀性仿真分析及优化 打印腔体内部气流场、温度场仿真分析及优化 惰性气体置换流程仿真分析及优化 废气置换流程仿真分析及优化 烧结烟气排出过程仿真分析 打印平台动密封仿真分析及优化 整机散热仿真分析及优化…

增材制造或三维（3D）打印为汽车行业提供了巨大的机会，通过整合零件、定制材料属性、实现多功能组件和简化制造工艺来减轻车辆重量并提高车辆性能。然而目前用于直接制造汽车零部件的增材制造研究有限，部分原因是汽车产量庞大。近日，日产北美技术中心、Altair公司、ExOne公司、德克萨斯大学的研究人员探讨了使用增材制造结合创成式设计方法直接制造金属汽车部件的潜力。以雷达安装支架为例，表明通过减轻42%的重量并简化制造和装配过程，可以实现所需的零件强度和安全性能。还基于两种主流增材制造系统进行了生产成本分析。结果表明，金属粉末的成本是汽车行业更广泛采用增材制造的限制因素。 图1 智能巡航控制雷达传感器安装支架的基线设计和加载条件 汽车行业正在广泛采用增材制造（AM）技术，如今已经发展到汽车制造商不仅可以将其用于快速原型制作，还可以用于生产最终用途组件，这些组件对于满足严格的要求至关重要，包括不断增加的燃油经济性法规、定制需求以及大流行后世界的供应链挑战。增材制造为汽车制造的新时代缩短了周转时间，最大限度地减少了材料浪费，提高了能源效率并简化了供应链。增材制造大致可分为以下几类：材料挤出，粉末床熔融，粘合剂喷射，片材层压，材料喷射，还原光聚合和定向能量沉积，这些技术中的每一种都有自己的优势和局限性，例如材料成本，制造速度，零件机械性能和可靠性。 在金属增材制造中，最广泛使用的材料原料是粉末，但也使用线材，箔带和液体形式。激光、电子束、超声波、等离子弧等高能量密度热源用于将材料直接粘合在一起。粘结剂喷射是另一种技术，它依赖于构建后的加热和烧结来巩固金属粉末并实现所需的机械性能。增材制造可以为汽车行业带来新的改进，允许在短时间内实现更轻、更复杂的构建。轻量化是内燃机汽车燃油经济性和纯混合动力电动汽车能源效率的重中之重。已经有许多例子探索了增材制造以减轻车辆零件/组件的重量或生产复杂的零件和备件。使用增材制造本田展示了重量减轻50%的曲轴；通用汽车将八个组件合并为一个座椅支架部件；宝马将Roadster车型车顶支架的重量减轻了44%；福特使用AM进行了原型设计，这是传统制造无法实现的歧管；保时捷制造了3D打印活塞，以提高功率和效率；奥迪利用3D打印为一系列车辆生产多个零件。图2 拓扑优化工作流程 图3 设计决策及性能表 这项研究探讨了使用增材制造直接制造的车辆金属部件的潜力，特别是粘结剂喷射方法。粘结剂喷射已成为激光粉末床熔融（LPBF）和直接能量沉积（DED）的有前途的替代工艺，因为它具有更高的打印分辨率，更好的表面质量，更少的支撑结构需求，更少的材料浪费，更高的产量和更低的整体生产成本。以雷达安装支架为例，通过增材制造和创成式设计，通过显着减轻重量（约42%）和简化制造和装配过程来提高零件强度和安全性能。还进行了基于两种主流增材制造系统的生产成本分析，揭示了金属粉末的成本是汽车行业更广泛采用增材制造的主要限制因素之一。图4 冯米塞斯应力、位移和固有频率的比较图5 通过粘结剂喷射的增材制造的ICC雷达安装支架的顶视图和底视图 图6 频率响应函数测量3D打印部件在2个位置的2个不同部件，最大频率为 440 Hz、最小 356 Hz、平均389 Hz 图7 两个系统的相关零件嵌套布局 图8 两种3D打印系统相关的相对成本分配 总结这项研究探索了使用增材制造直接制造金属汽车部件的潜力，特别是粘结剂喷射方法与汽车应用的创成式设计相结合。以雷达安装支架为例，证明重新设计和增材制造的部件满足并超过了所有要求的性能规格和安全要求，重量减轻了42%，工艺简化了50%。目前，金属粉末的高成本仍然是在大批量汽车制造应用中更广泛采用金属增材制造的限制因素。未来的研究将包括降低粉末成本的方法和其他D打印工艺的评估，包括选择性激光熔化和直接能量沉积，以实现具有成本效益的金属增材制造，用于最终用途车辆部件的中等批量生产。 参考：www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278612523000729 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.粘结剂喷射金属3D打印│知名汽车品牌均在挖掘其应用潜力 2.GE Additive或在探索下一代金属3D打印技术 3.干货分享：陶瓷3D打印之粘结剂喷射技术的成形材料、优势与挑战 4.最新突破：粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造

2023年未过半，《自然》和《科学》杂志正刊分别发表了4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。1. Science：实时检测3D打印缺陷，预测率100% 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。 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。 2. Science：3D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。 https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade4441（点击） 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。 3. Science：3D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。https://doi.org/10.1126/science.ade8654（点击）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）。4. Science：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。 5. Nature：哈佛大学多材料螺旋3D打印新方法 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。 6. Nature：NASA为极端环境设计了一种新型3D打印合金 4月19日，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。 多主元素合金具有强大的机械和抗氧化性能，尤其适合于极端环境使用。NASA团队使用模型驱动的合金设计方法和基于激光的增材制造开发出了这种新材料——氧化物弥散强化型NiCoCr合金。无需机械或原位合金化，借助粉末床激光熔融工艺就可以将纳米级的Y2O3颗粒分散到整个微观结构中，该材料展示了在1093°C下与广泛使用的增材制造传统多晶变形镍基合金增强两倍的强度和抗氧化性，以及提高了1000多倍的蠕变性能。这种合金的成功开发显示出与过去的“试错”方法相比，模型驱动的合金设计能够使用更少的资源实现更佳的材料组分组成，展示了利用弥散强化与增材制造工艺相结合的未来合金开发将加速革命性材料的出现。…

3D打印技术参考注意到，GE Additive已经与知名蓝色激光器开发商Nuburu签署了一项联合技术协议，双方将共同探索蓝色激光技术对增材制造速度、准确性和商业的价值。 Nuburu首席执行官兼联合创始人Mark Zediker博士表示：“随着我们继续推进蓝色激光技术的研发，蓝色激光的功率已经进一步提高，从而能够开辟新的应用。已经实现的关键性能里程碑为金属3D打印的重大进步开辟了新的可能性。GE Additive在金属增材制造方面的专业知识将使我们能够快速优化区域打印方法，这些解决方案有可能改变军事物流、航空航天、医疗设备制造等领域的格局。” 由激光逐点扫描转变为蓝光+面区域熔化 根据3D打印技术参考去年的报道，NUBURU获得了美国空军“小企业创新研究”（SBIR）计划的第二阶段合同，以开发基于蓝色激光的区域3D打印技术，而GE Additive已经参与到该项目中。这项合同的目标是制造出更大规模的3D打印机，其打印速度将是基于红外激光的打印机的100倍，基于该项目的第一台机器已于今年5月交付给美国空军。 GE Additive在金属3D打印技术应用方面具有领先的经验，其所开发的部件受到严格的监管，因此对于金属3D打印质量控制和保障具有绝对的话语权。通过NUBURU发言人的表述，3D打印技术参考认为该合作的的关键在于，能够将蓝色激光、区域打印以及GE Additive的专业知识联系起来，这或可推进更新一代粉末床激光熔融金属3D打印技术的商业（落地应用）发展。 如果按照发展代际划分，SLM技术已经经历了单激光到多激光的发展，当前最新的技术发展类型表现为区域打印。虽然该技术也在有着“无支撑”、变光源形式，但并不能称之为该技术进化的主流方向。区域打印对于SLM技术来说，可称得上是制造效率的代际发展，而将这种打印模式与更高吸收率的蓝光相结合，则是优中更优的解决方案。 所谓区域打印，采用了脉冲激光代替常规使用的连续激光，通过光学设计取代原有的逐点扫描，变为逐面扫描，因此能够大幅提升制造效率。蓝光的优势在于金属对该波段激光的吸收率要远高于常规使用的红外激光，是铜、铝等高反射金属的更佳选择。更高的吸收率能够使工艺窗口更宽，熔化过程更为可控，飞溅污染将会减少；对激光器功率的需求也会将大幅降低，同时，激光扫描速度也会因吸收率的提高而增加，进而表现在打印效率上。蓝光的另一个物理优势是小尺寸光斑，对于金属3D打印来说可以获得更精细的分辨率。同时，蓝光能够在相对红外激光与聚焦透镜两倍以上的距离产生与后者相同的光斑尺寸，从而获得更大的扫描区域。 蓝色激光的吸收率优势   蓝光具有小尺寸焦点，对于增材制造，蓝光可以实现更精细的分辨率，更大的扫描区域 区域金属3D打印过程中产生的羽流 NUBURU还于近期向3D打印机开发商Essentium交付了蓝光激光器，双方正在合作开发用于定向能量沉积 (DED) 的金属3D打印的系统。  而对于粉末床熔融技术的开发，专注于激光技术的NUBURU需要一个强有力的合作者，但其却没有选择区域打印当前最知名的Seurat，而GE Additive是金属3D打印熔融过程基础知识、过程控制等领域的专家。对于双方的合作，NUBURU表示将加速其开创性的蓝色激光进一步扩展到创新的金属3D打印解决方案，而对于GE Additive，这可能有助于其探索下一代金属3D打印技术。 蓝光激光器正在日益受到重视，3D打印技术参考注意到，在2023年的“增材制造与激光制造”国家重点研发计划专项中，“制造用蓝光半导体激光器”赫然出现其中！ 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.蓝光+区域打印 | 美空军资助100倍速未来金属3D打印设备研发 2.上海交大采用国产装备开展铝合金蓝色激光定向能量沉积研究 3.西门子能源签署59吨区域金属3D打印零件制造协议 4.国外正在开发一种基于蓝色激光的新型金属3D打印机

2023年度国家重点研发计划“增材制造与激光制造”重点专项围绕“基础理论和前沿技术、核心功能部件、关键技术与装备、典型应用示范”等4个技术方向，按照基础研究、共性关键技术、应用示范三个层面，拟启动41项指南任务，拟国拨经费概算4.31亿元。 3D打印技术参考注意到，这些研究方向中，涉及前沿的光束整形激光增材制造，也有被关注的蓝光激光增材制造和无支撑粉末床增材制造。尤其是无支撑技术，其位于应用示范层面，表明国内已有企业完成了攻关。 1. 基础理论和前沿技术 1.1 多物理场耦合调控的多级有序结构功能体化学激光协同制造（基础研究类） 1.2 氧调控高强韧金属激光增材制造（基础研究类） 1.3 复杂构件激光固态相变组织精密调控（基础研究类） 1.4 高分子粉末床吸能诱导烧结高速3D 打印（基础研究类） 1.5 厘米级结构超滑功能表面的激光制造（基础研究类） 1.6 太空极端环境金属增材制造（基础研究类） 1.7 热功能表界面微纳结构与材料特性一体化超快激光制造（基础研究类） 1.8 多功能跨尺度共形结构协同增材制造技术（基础研究类） 1.9 单晶高温合金的光束整形激光增材制造方法（基础研究类，青年科学家项目） 1.10 超材料三维成形机制及可控微宏观制备新方法（基础研究类，青年科学家项目） 1.11 消光/自清洁复合功能结构制造技术（基础研究类，青年科学家项目） 1.12 浸入式超声激光复合增材修复技术（基础研究类，青年科学家项目） 2. 核心功能部件 2.1 制造用蓝光半导体激光器（共性关键技术类） 2.2 制造用万瓦单模光纤激光器（共性关键技术类） 2.3 五轴振镜激光加工模块与技术（共性关键技术） 2.4 基于大数据的增材制造工艺开发软件平台（共性关键技术类） 2.5 声功能结构定制化设计软件与增材制造（共性关键技术类） 3. 关键技术与装备 3.1 多激光粉末床增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.2 多电子束粉末床增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.3 半导体材料激光制造技术与装备（共性关键技术类） 3.4 高强韧钛合金增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.5 纤维复合材料增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.6 极薄强韧陶瓷义齿增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.7 激光微细制孔与异质连接技术与装备（共性关键技术类） 3.8 功能图案激光还原制造技术与装备（共性关键技术类） 3.9 热控/减振功能构件增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.10 微细复杂形貌结构激光制造技术与装备（共性关键技术类） 3.11 仿生异质性组织工程半月板增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.12 激光超声复合精密制造技术与装备（共性关键技术类） 3.13 移动式复杂现场环境增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.14 大尺寸特种陶瓷增材制造技术与装备（共性关键技术类） 3.15 同质/异质铝合金复合材料构件激光智能焊接技术与装备（共性关键技术类） 4. 典型应用示范 4.1…