3D打印技术参考注意到，新加坡制造技术研究所谭超林博士联合中国石油大学、上海交通大学、 普林斯顿大学、马耳他大学、华中科技大学（张海鸥教授）、加州大学尔湾分校、湖南大学以及EPM咨询公司于5月8日在制造领域顶级期刊《International Journal of Machine Tools and Manufacture》发表了题为“Review on field assisted metal additive manufacturing（场辅助金属增材制造综述）”的文章。新加坡制造技术研究所、上海交大、普林斯顿大学为通讯作者单位。 这一“超级团队”阐述了当前场辅助增材制造技术的进展，揭示了场与沉积金属材料之间的相互作用机制，总结了辅助场、微观结构和力学性能之间的相关性，展望了场辅助增材制造的研究机会。 多种类型的现场辅助增材制造 (FAAM) 技术概述https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2023.104032  场辅助增材制造  增材制造技术为加工复杂部件提供了前所未有的设计自由度和制造灵活性，它能够制造其他工艺无法制造的零件，同时最大限度地减少加工步骤。典型的金属增材制造工艺包括激光粉末床熔融（LPBF）、激光能量沉积（LDED）、电子束熔化 (EBM) 和电弧增材制造 (WAAM)等，这些技术各有其冶金特点、优势和适用范围。LPBF的构建速度较低，但在处理复杂几何形状方面具有出色的能力，例如晶格结构、先进工具（如具有随形冷却通道的模具嵌件）、定制的医疗植入物等；相比之下，LDED和WAAM具有较低的尺寸分辨率，同时沉积速率比LPBF高得多，使其适用于大型组件制造。此外，LDED和WAAM中材料进给的灵活性增加，可以在同一层内和跨层沉积多种材料，LDED中灵活的刀具路径可以修复大型自由曲面零件。 场辅助典型金属增材制造技术因此，尽管这些技术与传统制造方法相比具有众多优势，但仍然存在一些问题和瓶颈阻碍了其大规模工业应用。例如打印适应性差的材料会存在缺陷，导致较大的柱状枝晶在各向异性机械性能、疲劳性能差。为了解决这些问题并充分发挥增材制造技术的潜力，人们研究了用于定制微观结构、创新设备和装置以及引入新概念的新方法。场辅助增材制造 (FAAM)，是一种结合不同能量场的固有优势来克服增材制造局限性的新手段。应用在增材制造工艺中的典型辅助场包括磁场、声学、机械和热场，此外还有一些新兴的技术如等离子场、电场、耦合多场作为辅助能量场。场辅助增材制造的机理与优势  谭超林教授研究团队对当前主流的磁场、声学、机械、热场、电和等离子场辅助技术如何影响金属增材制造过程进行了审查，认为辅助场会影响熔池对流和动力学，改变材料凝固过程中的温度分布和热历史，并对沉积材料产生应力或塑性变形；详细回顾和讨论了辅助场如何对熔池动力学、凝固动力学、致密化行为、微观结构和织构、机械性能和疲劳性能产生影响；还讨论了场辅助增材制造的研究空白和进一步发展趋势的观点。  使用磁场辅助增材制造示意图  使用声场辅助增材制造示意图  使用热场辅助增材制造示意图  使用机械变形辅助增材制造示意图 辅助增材制造的多场相互作用可以为调整沉积材料的微观结构和机械性能带来更多机会。例如，增材制造中磁-热-变形场的耦合有可能提高材料的强度、延展性和疲劳性能。因为磁场可以促进等轴晶粒的形成，减轻机械各向异性和提高延展性，而热场能够在材料中原位形成强化沉淀物以获得更好的强度。同时，机械变形通过消除缺陷、细化晶粒和在材料中引起压应力来提高疲劳性能是可行的。此外，超声振动可以搅拌和混合熔池，这有可能用于解决复合粉末增材制造中的均匀性问题。当前，场辅助主要基于LPBF、LDED和WAAM工艺，并已应用于范围广泛的金属材料，包括铝合金、钛合金、镍基高温合金、镁合金和钢。辅助场对熔池对流和动力学、温度分布和微观结构凝固行为等有重大影响。辅助场在增材制造过程带来了几个优势，其中值得注意的有： 改善成形质量和表面粗糙度； 提高材料的打印适应性性和致密性；  减少残余应力或改变残余应力条件；  影响凝固行为并调整微观结构；  减轻机械性能的各向异性并提高机械性能；  改善疲劳性能等。 开发新材料，实现功能集成  增材制造材料的定制化是一种发展趋势。除了系统和工艺的进步外，还应强调协同设计材料和制造工艺的创新，场辅助增材制造为开发新材料提供了机会。例如，热场可用于促进沉淀物的形成和调整相组成；与机械场相关的大变形可以促进再结晶和原位析出，因为它们分别具有高储存能量和更多的潜在成核位点；具有快速沉淀动力学的材料有可能在辅助机械场处理过程中实现原位沉淀。此外，在增材制造过程中部署声场可以分散有害的硬相偏析，这也提供了一个很好的机会来容纳材料中的高密度硬相（如钢中的 Laves 相）以强化材料作为有益相。因此，必须从材料设计的角度构建场辅助手段，以最终利用辅助场。  场辅助对增材制造过程的作用机制总结  辅助场对增材制造的贡献总结使用场辅助开发异质结构和功能材料也是可行的。机械场可用于开发 BCC/FCC异质结构材料，因为机械应变可以诱导从FCC到BCC的转变。具体而言，在分层沉积中，交替施加机械应变（如滚压或锤击）可以获得分层BCC/FCC异质结构双相组分，这有可能实现更高的机械性能。除此之外，当前的金属增材制造技术无法对打印微结构的程序控制，因此缺乏对组件内材料复杂性的探索。在增材制造过程中使用辅助场可以在组件中局部调整晶粒尺寸/形状、相组成和应力水平，这能够定义不同区域的特性和性能以提高组件的整体性能，例如如强度-塑性协同、强度-疲劳组合、综合延性和耐磨性、综合强度-热性能、综合磁性和非磁性部件等。 场辅助增材制造技术的未来发展  这篇批判性评论为研究人员提供了有关场辅助增材制造的完整最新信息，这有助于确定每种场辅助技术的不足和优势，并提高成熟度和技术准备水平。 场辅助增材制造还有望在处理高几何复杂度组件方面具有高度灵活性，并在沉积大型或小型自由形式组件方面具有良好的可扩展性。这对过程和系统开发提出了很高的挑战，因为它要求均匀的场分布。均匀场分布的突破将提高场辅助技术的灵活性和可扩展性，并使其应用成熟和扩展。 场辅助增材制造系统的认证和商业化是另一个进展方向，因为目前的场辅助增材设备大多是实验性的，没有严格的测试和认证。实验室阶段的技术可能存在稳定性和可重复性问题，不足以处理可靠的工业产品。因此，需要严格的系统认证才能将场辅助技术商业化。同时，还需要制定和编制系统资质标准，对商业用途的资质进行指导和认证。可靠的商业设备将吸引更多的研究人员在工业应用中推进和实施 场辅助技术。 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.航天八院149厂成功中标大连理工大学增减材制造项目，可实现多能场复合 2.金属激光增材制造中的激光熔化模式 | 清华大学赵沧教授最新研究 3.美发布《关键和新兴技术国家标准战略》，3D打印未被提及 4.SLM-可进行多金属3D打印的材料体系，制造潜力、难点与要点

近日，3D打印技术参考注意到美国白宫已于本月发布了更新版的《关键技术和新兴技术的国家标准战略》，很意外的是，3D打印技术并没有被包含在其中。然而外媒分析，认为这份文件并不能表明拜登政府将放弃为增材制造行业给予大规模的支持，而是证明了相反的观点——3D打印可能不再作为一种“新兴”技术对待，但同步的政策和资金支持从未中断，而且规模越来越大。 2023年4月，美国能源部三千万美元征集十吨级大型近净形部件制造技术。 2023年3月，美国陆军新授予1亿美元用于地面部队3D打印和数字化改造。同月，通用电气宣布计划在2023年向公司现有的制造设施投资超过4.5亿美元，其中GE航空与3D打印相关的资金将获得超过1600万美元，这些资金将用于设备升级，增强增材制造能力。全球最大的独立发动机制造商美国康明斯也宣布将投资15亿美元用于新技术，它也是首批拥有GE Additive金属粘结剂喷射平台的客户之一，并于2021年初将其第一个金属打印部件（柴油发动机喷枪头适配器）商业化。而借助包括粘结剂喷射工艺在内的金属3D打印是其实现清洁能源和净零碳排放目标的重要新技术。   2023年2月，美国海军战略潜艇项目执行办公室（PEO SSBN）执行主任Matt Sermon在美国海军工程师学会（ASNE）会议上表示，（美国）海军将需要继续大幅加大增材制造技术的部署力度，以满足未来十年的生产期限。同月，美国海军授权采用IperionX的回收再制造钛合金粉末为舰船3D打印制造泵组件。 2022年10月，美国白宫发布了更新版《先进制造业国家战略》，文件指出，美国必须继续投资和支持先进技术的研发，克服阻碍增材制造应用的关键技术障碍。同月，美国国防部网站发布了一项最新的制造技术提案，计划使用增材制造技术来设计和制造能够在极端条件下运行的高超音速武器和车辆系统。 2022年9月，美国空军间接资助SLM Solutions开发“世界最大”PBF金属3D打印机，并授予蓝色激光专家NUBURU第二阶段合同，开发基于蓝色激光的区域3D打印技术。 2022年，施乐液态金属3D打印机和Meltio3D的定向能量沉积增材制造装备分别被安装在了美国黄蜂级两栖攻击舰第2号和第5艘舰上；2023年3月，Markforged X7 Field Edition被安装在在新罕布什尔号弗吉尼亚级潜艇上。此外，亨廷顿英格尔斯工业公司（HII）最近被批准用于海军海上系统（NAVSEA）船舶的3D打印零件。 2022年7月，美商务部提供了370万美元支持推进金属增材制造标准化制定，用以提升这一重要行业的竞争力。 2022年5月，美国政府发起了推动美国3D打印及制造业发展的“AM Forward计划”，波音、诺格、通用航空、雷神、洛克希德·马丁以及霍尼韦尔，这些军事和准军事企业均同意参与该计划。 2022年2月8日，美国白宫发布的更新版《关键和新兴技术清单》(Critical and Emerging Technologies List，简称CET List)，列出了20个被视为关键新兴技术领域要素的大类，3D打印、可持续制造、智能制造和纳米制造均在其中。 这些证据表明，美政府只会增加并将继续增加对增材制造行业的财政、行政和意识形态支持。与人工智能和量子计算等领域的标准化相比，增材制造的进展可能存在差异，同时也可能远远落后于传统制造，但如果将其与所有其他工业4.0技术进行比较，增材制造的标准化处于领先地位。这表明在国家标准战略中提出的所有关于标准化的建议已经使增材制造领域相对成熟。 2022版《关键和新兴技术清单》包含增材制造 虽然3D打印在其中一些领域的应用仍处于起步阶段，但该技术有望在许多已确定的领域提供广泛的应用和研发机会。增材制造对其他技术领域具有重要作用，其在帮助美国实现其国家安全目标方面的潜力越来越大。  美国《关键与新兴技术清单》2020与2022版对比（来自道琼斯风险合规） 美国各部门对各战略目标的支持清单 美国仍然在3D打印技术的某些领域保持着全球领先地位。 大型连续纤维3D打印技术 连续纤维3D打印技术综合利用工业机器人、末端执行器、原位检测、智能监测与机器学习等技术，能够快速输送、沉积连续纤维增强体。美欧3D打印技术开发商与机器人制造商已共同开发了一系列先进的连续纤维3D打印设备与制造工艺，诞生了Orbital Composites、Continuous Composites、Arris Composites等公司。在该技术领域，我国发展滞后。增减材3D打印技术 该技术在航空航天、军事等领域具有重要价值，并因此名列2020年的出口管制名单。美国洛马公司、HybridManufacturing Technologies、Fabrisonic、Relativity Space等公司在该领域都颇有建树，尤其以Relativity Space世界最大金属3D打印机最为知名，借助强大的增减材混合制造能力，该公司能够在30天内打印出整个火箭整流罩，并能在短短60天内生产出整枚火箭。粘结剂喷射3D打印技术 美国在该技术领域保持绝对领先地位，几大粘结剂喷射3D打印的供应商，Exone、Desktop Metal、GE Additive、HP均是美国企业。该技术能够有效解决3D打印工艺过程中的高成本、相对较长加工周期的问题，从而将金属3D打印推向批量化生产。这项技术被汽车行业广泛看重，福特、大众等公司也与相关企业展开了相关合作。而在同技术领域，国内目前鲜有可商业化的产品。无支撑金属3D打印技术 不需支撑或少支撑进行大尺寸金属3D打印对许多工业最终用户来说非常有吸引力，此举在增加设计复杂性、简化后处理方面至关重要。美国Velo3D公司在该技术领域保持绝对领先地位，国内鲜有该方面的技术，更无产品。通过集成质量保证体系及先进的软件系统以及无支撑技术，该公司获得了来自航空航天和能源市场的充足客户。3D打印仿真软件 3D打印工艺仿真主要研究加工参数、粉末、几何构型等因素对于宏观变形、残余应力、部件微观内部金相组织及性能的影响，对于零件控形控性研究与生产具有重要价值。在该技术领域，美国有ANSYS、Netfabb等成熟的解决方案，而我国目前还处于研究阶段。先进设计软件 面向增材制造的先进设计工具集合了强大的几何建模和仿真分析功能，并在充分考虑增材制造工艺特点的基础上，帮助工程师快速掌握面向增材制造的设计方法，充分发挥增材制造带来的广阔自由度，同时可重复使用的工作流使设计流程走向自动化。美国nTopology是知名的优化设计平台，此软件开发出了一些列优秀的设计，在技术领域国内存在很大差距。 美国两党基础设施法的资金以及一系列相关的政府行动正被用于推动美国的先进制造业，这标志着将推动美国3D打印和其他先进制造技术的进一步快速发展。由于国家竞争意识的存在，对美国来说，对新技术领域尤其是先进制造技术的投入显得更为急迫，其力图确保与中国等国家拉开更大的差距，获得绝对的领先地位。注：本文内容来自3D打印技术参考，转载请依据转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.超越锻件│HRL 7A77 3D打印铝合金被批准用于新应用领域 2.3D打印后处理过程复杂，自动化趋势明显，市场规模将达18亿美元 3.NASA着力开发火箭发动机的多合金和多工艺增材制造 4.使用3D打印制造工装夹具，克服传统挑战的十个优势

5月10日，3D打印技术参考注意到，由HRL实验室专为增材制造开发的7A77铝合金粉末已被正式授权用于生产一级方程式赛车零部件。 HRL材料科学家Darby LaPlant表示，这证明了7A77可以用于要求极其苛刻的应用。2019年10月， HRL开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料在高强度和低成本的锻造Al-7075合金基础上开发，因使用锆基纳米颗粒作为成核剂，避免了7075和6061铝合金在采用激光进行打印时出现的易开裂问题，可实现细晶粒微观结构，强度超过600Mpa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。 这一突破使锻造铝合金的性能、成本和规模优势首次具有增材制造的设计自由度。而一级方程式是最高级别的国际赛车，得到了国际汽车联合会 (FIA) 的认可，该机构负责审批可用于该赛事的材料。 被国际汽联批准的部分3D打印金属材料包括：• 铝合金：AlSi10Mg，AlSi7Mg，Al Cl-30AL • 颗粒增强铝合金：A20X，2024-RAM2、6061-RAM2、7A77 • 铝镁合金：Scalmalloy • 钛合金：1级，2级，Ti6Al4V，Ti5553，Ti6242。 • 钢合金：316，304，MS1，15-5PH，17-4PH，300M，4140。 • 高温合金：Inconel 625，Inconel 718，钴铬合金。 • 不含铍的铜合金。 关于3D打印高强铝合金的种类，可以查看《当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总》； 关于钛合金Ti5553、Ti6242，可以查看《可替代Ti6Al4V | 航空航天结构应用和增材制造工艺的极佳候选材料》； 关于铝合金3D打印存在的问题，可查看《铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型》。 其他材料问题，查看延伸阅读。 HRL部门经理Toby Schaedler表示，“一级方程式赛车以总是挑战可能的极限而闻名，而增材制造为他们提供了一种机制，可以通过设计完全优化的结构来做到这一点。7A77合金的屈服强度为530MPa，是所有3D打印铝合金中强度最高的”。 HRL高强铝合金商业化始于2017年发表于nature的一篇关于铝合金3D打印的研究。受熔铸工艺启发，研究人员通过将纳米颗粒作为成核剂与液体金属混合来孕育晶种，从而实现在温度梯度较大和凝固速度快的非平衡条件下实现晶体精细生长，进而提高了产品的性能。   www.nature.com/articles/nature23894 该材料获得了航空航天等领域的关注，此前，利用7A77铝合金的固有热导率，HRL及其合作伙伴为航空航天用户开发了一项经过专门设计的机油冷却器。在这种设计中，合金的高强度满足了关键的爆破压力要求，同时能以与常规AlSiMg合金相比更薄的壁厚实现更好的换热效果。7A77铝合金的高屈服强度使热交换器设计人员将交换器的壁厚减少了50％，有效提高了传热性能。 除7A77外，近期由Constellium公司开发的Aheadd CP1高性能3D打印铝合金粉末也被获准用于生产一级方程式赛车，该粉末经Velo3D和PWR的认证可用于Sapphire系列3D打印机。Aheadd ® CP1是一种铝-锆-铁合金，专为激光粉末床熔融工艺设计，热稳定性高达300摄氏度，具有出色的耐腐蚀性、高度各向同性，打印部件具有出色的表面质量和稳定的微观结构。PWR将使用该合金为一级方程式赛车制造高效、紧凑和轻便的热交换器，并为其高性能客户制造各种其他部件。 HRL实验室是由波音公司和通用汽车公司联合拥有的研究实验室，将新材料的高性能、工业认可度和成本优势与增材制造的自由制造特点结合起来，是该实验室开发3D打印新材料的关键。 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.行业洞察：高强铝3D打印材料体系、市场化历程及其应用现状 2.深度好文：讲透3D打印高强铝合金究竟是什么材料 3.研究-激光粉床熔融过程中断不会显著改变AlSi10Mg铝合金性能！ 4.理光宣布突破6000和4000系铝合金粘结剂喷射金属3D打印成形

3D打印技术参考注意到，增材制造市场研究公司SmarTech Analysis于不久前发布了增材制造行业后处理市场研究数据。 报告指出，后处理操作将在未来十年间创造十亿美元的市场。当前，聚合物3D打印后处理每年带来超过1.45亿美元的收入，其中汽车是其最大市场；金属后处理市场规模在2022年预计为1.75亿美元，其中以航空航天领域的3D打印应用为首。由于几乎所有3D打印操作对后处理的需求不断增加，以及各种工艺后处理技术的成熟，这两个细分市场都在增长。 SmarTech预计，2031年增材制造后处理市场将达到18亿美元。此外，预计至少有26%市场份额来自聚合物后处理，而金属3D打印的后处理市场份额最大。 聚合物后处理市场预测 后处理包括部件从打印完成直到应用的一系列操作：针对不同的工艺，可能包括清粉、清洁、着色、表面处理、固化、去支撑、打磨、喷砂热处理、机械加工、零件分离等操作。这意味着一旦零件进入后处理阶段，3D打印过程固有的自动化通常会变成手动操作，对质量、成本和效率产生重大影响。 不同工艺后处理过程 对于光固化3D打印工艺，零件在打印完之后必须彻底清洗，去除未固化的树脂。一些知名制造商任然采用手工清洁，但有些公司，如Carbon已经提供了自动的清洗系统，Stratasys也宣布开发P3自动化生产单元，它可在多台3D打印机和后处理设备之间自动移动部件，进行清洁、干燥和固化；后处理方案提供商PostProcess则推出了浸入式和喷雾系统，以实现自动化清洗过程。宝马集团增材制造部门也在使用机械臂来操作3D打印机，能够将打印完的零件直接转移到自动清洗设备，该机器人能够将3D打印制造的效率提高400%以上。 使用机器人操作3D打印机 由于清洁和移动部件的劳动强度很大，因此自动化工具被视为增材制造工业化的必要条件。通过降低与劳动力相关的成本，3D打印产品的单件价格进一步降低。出于这个原因，一些新的后处理OEM与机器人公司一起脱颖而出。 对于聚合物粉末床烧结/熔融（SLS/MJF/HSS）工艺，部件在从成型缸中取出之前必须冷却。如果零件过早被取出，它们通常会由于快速、不均匀的冷却而变形。冷却通常需要与打印相同的时间，如果打印时间是10小时，冷却时间大约也是10小时。HP则推出了一种具有快速冷却功能的处理站，能够将整个构建的冷却时间缩短到几个小时。该系统还可以回收、过滤和混合使用过的粉末，以便再次使用。对于聚合物粉末床3D打印，零件通常还需要使用刷子、压缩空气、振动台和喷砂去除零件上粘附的粉末。为了减少这种耗时的手工工作，许多公司提供自动吹除系统。 SLS 3D打印零件清粉 对于桌面挤出FDM工艺，通常需要添加支撑，多数系统会使用与零件相同的材料作为支撑材料进行打印。但也有些系统采用可溶性支撑，在零件打印完之后采用溶液结合超声波清洗，支撑材料可以自动去除，这对于管道及其他可能因机械去除造成零件损坏的情况非常有利。 对于金属3D打印技术尤其是粉末床熔融工艺而言，支撑去除需要消耗大量人力，虽然当前也有采用机械加工去除支撑的选择，但却不是主流。粉末清除也是该工艺面临的重要问题，尤其是对于大型零件。针对复杂零件粉末清理，一些专门的后处理公司开发了相关的清粉机器甚至零件清粉运动轨迹规划软件。例如，后处理系统制造商Solukon开发了SFM-AT1000-S除粉机，并开发了能够分析零件结构进而生成零件清粉运动轨迹的SPR-Pathfinder软件，航空航天公司Launcher就使用其产品对包括发动机和燃烧室在内的大型金属3D打印火箭部件进行清粉操作。除此之外，零件还需要切割、打磨、喷砂、研磨、机械加工等众多操作。虽然目前金属3D打印也有一些自动化的设备，但整体上其后处理过程属于劳动密集型过程。 Solukon自动化除粉设备 后处理技术的选择因工艺、材料和所需性能而异。大多数3D打印零件需要精加工，以达到所需的表面和尺寸。精加工的程度取决于零件的使用方式。快速设计迭代的概念模型和早期原型部件可能只需要很少或不需要机加。用于熔模铸造或硅橡胶模具，通常需要大量的精加工，以获得异常光滑的表面。该过程通常由手工完成，也可能使用机械加工和抛光。 然而近些年来，部分企业正在补齐3D打印工艺链，自动化的后处理操作也在飞速发展，如金属零件自动化清粉、树脂零件自动化清洗等，此前影响整体制造效率的后处理不再是扩展3D打印应用的障碍。随着越来越多垂直行业采用3D打印，后处理市场将进一步发展。 金属3D打印零件震动抛光 该报告重点介绍的公司包括直接针对增材制造所涉及的后处理操作提供服务和产品的公司，包括AM-Flow、AMT、DyeMansion、PostProcess Technologies、Solukon、Bel Air Finishing、Gasbarre、Hiperbaric、MicroTek Finishing等。 同时，SmarTech将后处理描述为一个单独的行业，并成为助力3D打印行业更快发展的重要保障。此外，随着3D打印成为批量生产产品的首选制造方法，后处理解决方案将塑造一个不断发展的市场，可以完全融入供应链。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.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果 2.Wohlers Report 2023：增材制造市场规模达到180亿美元 3.报告：3D打印高性能塑料市场将以8.5%的复合年增长率增长 4.2023最新金属与非金属增材制造技术全景图（中文版） --广告--

如今，3D打印技术的可成形材料虽仍然很少但也日益广泛，一些顶尖的科研机构已经再开始寻找该技术下一阶段的发展潜力，其中之一就是开发多材料部件——根据需要打印出两种或多种材料。使用具有不同物理特性的多种材料的3D打印，将为高度复杂、轻量级的组件制造提供前所未有的设计自由度，从而为工业应用创造新的发展高度。 由FraunhoferIGCV系统创建的多材料3D打印部件 为实现这一目标，多家顶尖的项目团队正在开发创新的多材料组件3D打印技术，这些组件可定制的机械、电气、热和磁特性，能够用于汽车和航空航天工业。多材料3D打印技术的可实施工艺种类很多，本文主要介绍的是被广泛关注的采用粉末床激光熔融工艺实现多材料金属3D打印，相对来说，该工艺面临复杂的过程控制问题。3D打印技术参考注意到，目前从事该技术研究的知名团队有Aerosint公司和欧洲MADE-3D项目团队。  用于SLM的多材料体系选择原则 多材料3D打印仍然是一项新兴技术，对工艺的理解非常有限，特别是对于材料界面，在选择可以进行多材料一体成形的材料体系时应当考虑如下因素： 关键因素1：应当选择冶金相容的材料，以避免在熔合边界处形成脆性相。由于SLM过程中出现的高温度梯度和残余应力，这些相会导致裂纹萌生。 关键因素2：材料的热膨胀系数，不匹配的温度依赖性变形会导致界面及其附近局部高应力。 其他重要因素：包括熔点差异、粉末污染和热处理等。 从可制造性的角度来看，用相同的基材(例如不同类型的钢、钛和性能不同的铝)组合制造是简单的。通常，这些材料在处理窗口中有很多重叠；换句话说，现有的同类型材料的激光参数可以相互适用。在这种情况下，没有必要为材料界面开发独特的扫描策略。 Aerosint公司已开发的多材料一体成形体系 经过仔细研究，发现有些钢可以以同样的方式与铬镍合金结合。铬镍合金在高温下具有优异的抗氧化、耐腐蚀和抗蠕变性能。这些材料通常比钢更贵，所以用钢替换一些铬镍铁合金可以降低零件的成本。这可能被用于能源、石油和天然气以及航空航天工业。 3D打印技术参考在往期文章介绍了一款采用SLM技术打印的一体化钢-铜散热器，由高导热系数铜合金和结构材料制成的多材料部件在热管理方面具有广泛的应用。热交换器和冷却元件常用于数据中心、汽车、化学工业、燃烧装置、模具、镶件等。对于注塑行业来说，冷却时间的缩短可以加快整个生产周期。对于较小的模具镶件，随形冷却通道的空间非常有限，因此在镶件内部使用铜材料成为加速散热的唯一方法。 SLM 3D打印的铜-钢一体结构散热器 另一个有前景的应用是由铜合金和铬镍铁合金组成的的夹套推力室。NASA一直试图通过结合SLM和直接能量沉积(DED)的混合方法制造这种双金属部件。原则上，多材料SLM技术可以取代这种混合工艺。由帕德博恩大学领导的欧洲研究团队基于MADE-3D项目正在开展多材料SLM成形技术，其组成成员还包括SLM Solutions，Fraunhofer铸造研究所、复合材料和加工技术研究所(IGCV），赛峰，法国原子能委员会等共八个国家的重要机构。 Fraunhofer IGCV打印的多材料结构 Fraunhofer IGCV打印的多材料推力室缩比件 该项目的资金支持达到670万欧元，该团队近期展示了其采用SLM技术3D打印的多材料夹套推力室——由材料CW106C（铜合金）和1.2709（钢）制成具有集成冷却通道的缩比火箭发动机燃烧室，但将粉末完全混合在一起很明显不能作为未来技术的发展需求。 SLM多材料3D打印的铺粉方式 Fraunhofer IGCV的方法是使用静电力将粉末选择性的吸附到板上，然后将其放置在带相反电荷的打印床上。具体的实施过程可以查看文末视频，工艺过程的实施细节可以参考《Electrostatic powder attraction for the development of a novel recoating system for metal powder bed-based additive manufacturing》。 Fraunhofer IGCV静电吸附机构 与静电吸附铺粉方式不同的是，Aerosint使用可旋转的转鼓施加不同粉末。但作为工艺可持续性的一部分，当涉及到基于粉末床的增材制造工艺时，粉末回收是一个普遍关注的问题。Aerosint公司提供了一种可行的方法来应对这一挑战，只需使用足够的粉末来建造组件，支撑粉末床的部分可以使用失效的粉或者回收但不能再使用的粉末或其他低成本粉末。这就需要在系统中加入第三个转鼓，这在技术上是可行的。在这种情况下，可以降低粉末回收的高额成本。 带有三个转鼓的Aerosint新一代铺粉机构 这种策略的首要考虑因素不是试图回收混合粉末，而是首先避免材料浪费——通过在无零件实体的位置填充第三种材料实现粉床构成。与两种材料相比，填充材料不会熔合或结合到零件中，在打印过程结束时，所有填充材料都将被回收并在下一个构建作业中重新使用，从而防止任何类型的浪费。 带有三个转鼓的Aerosint新一代铺粉系统渲染图 Aerosint称其新一代铺粉系统可将粉末回收率提升至100%，即只在实体零件有需要的位置施加粉末，其他位置施加便宜的填充粉末，就如同粘结剂喷射技术仅在实体零件处喷墨一样。按照这种方式，Fraunhofer IGCV也可基于静电吸附技术施加填充粉末。 多材料SLM技术要解决的问题 从技术的角度来看，为了提高工业化过程的稳健性和可靠性，仍有许多努力要做。 首先，铺粉速度需要提高到单材料SLM工艺中常用的速度。 第二，某些应用可能涉及较小的特征尺寸，但工业客户的一大需求是扩大机器尺寸，以制造大型部件。 第三，监控工具在SLM过程中对提高过程控制和产品质量非常重要，粉末床质量监测和熔池监测等方法对多材料SLM工艺也至关重要。 第四，激光路径和多材料粉末床之间的对准对于使用顺序扫描策略处理不同材料尤为关键。 最后，需要修改和定制整个工作流程，以部署多材料SLM打印过程。从增材制造设计开始，第二种材料的使用增加了生成设计的复杂性，因为在界面上存在更多来自工艺、材料相互作用和性能转变的限制。构建文件的切片和准备需要在软件中开发和实现新功能。材料具有不同的强度和硬度，这会影响后处理步骤，如表面精加工和支撑去除。 END与超材料类似，一些新成分可以表现出在自然存在的材料中无法找到的特性。研究人员用数学方法建立了不同的设计模型。通常，这些模型具有复杂的几何形状，并涉及两种或多种可以由SLM技术制造的材料。多材料3D打印是制造具有更高集成功能的高性能部件的理想方法，这些组件将加速绿色制造的进程，并彻底改变产品创新过程。 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.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力 2.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 3.永年激光金属3D打印新产品和科技成果通过鉴定——国内领先、国际先进 4.最新突破：粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造

液体火箭发动机是一套复杂的系统，具有复杂的结构设计、先进材料才能满足其在恶劣环境下的使用。将组件制造并组装成这套复杂的系统需要大量的时间、成本和技能，才能满足集成和性能要求。增材制造在推进应用方面的前景正在整个航空航天工业中得到证明，它可用于关键部件制造并并使火箭设计成为可能。与之相关的尖端技术被用于减少零件数量、优化重量并允许制造更复杂的零件结构。3D打印显著降低了制造组件的成本和交货时间。它还允许更快的设计-失败-修复周期，以便在投入生产之前开发和测试早期原型。 NASA在帮助解决一些制造挑战并提高火箭发动机性能方面发挥着至关重要的作用。高风险和高回报开发的一个例子是NASA的改变游戏规则的开发快速分析和制造推进技术 (RAMPT) 项目。 RAMPT与工业界、商业空间和学术界合作，推进和整合多种3D打印及其他先进制造工艺，并通过热火测试证明这些工艺的可靠性。液体火箭发动机的燃烧室和喷嘴通常采用一种单一的金属增材制造工艺来打印单一合金制造而成。RAMPT探索了新的研究，以创造新合金、多合金3D打印组件，并结合多种金属3D打印工艺以进一步优化3D打印设计。这一理念促使团队将新颖的3D打印设计与其他先进的制造技术相结合，以进一步减轻重量（图 1）。 图1. RAMPT概念使用多合金增材制造、大规模LP-DED和集成到火箭发动机推力室组件 (NASA) 中的复合结构 制造规模是RAMPT团队走向成熟的挑战之一。NASA与行业合作伙伴共同推进了激光粉末定向能量沉积 (LP-DED) 工艺，展示了直径大于1米的复杂薄壁内部通道结构，它是一款具有冷却通道的大型喷嘴。自由形式的LP-DED工艺允许大规模增材制造——不受构建箱的限制。在短短90天内，RAMPT项目打印出了NASA利用 LP-DED生产的最大增材制造喷嘴之一，它包含1000多条内部通道，直径1.5 m，高度1.8m（图 2）。全尺寸的RS-25火箭发动机喷嘴衬套也是在RAMPT项目下开发的，直径为2.4m，高度为2.8m，但不包含内部通道（图 2）。 图2. 大型定向能量沉积喷嘴。（左）使用NASA HR-1合金打印的1.5m直径和1.8m高度整体通道喷嘴；（右）使用双头LP-DED和JBK-75合金打印的2.4m直径和2.8m高衬里 NASA团队探索了各种金属增材制造工艺，以制造多合金部件，包括粉末床熔融、定向能量沉积和冷喷涂。使用GRCop-42 (Cu-Cr-Nb) 合金，通过激光粉末床熔融 (L-PBF) 工艺制造带有整体冷却通道的燃烧室衬里。为了正确集成用于流体分配的高强度歧管，成熟的LP-DED和冷喷涂工艺可以沉积HR-1高强度、耐氢超级合金。过渡层使用3D打印的镍或铜镍合金构建，为复杂的环境负载和材料兼容性提供坚固的双金属接头。为了进一步推进多合金3D打印工艺，RAMPT项目使用 NASA HR-1合金将整体内部通道LP-DED喷嘴直接沉积到GRCop-42 L-PBF腔室上，无需螺栓连接。NASA已经制造了各种尺寸的火箭发动机推力室组件（图 3），证明了使用多合金组合3D打印工艺的制造潜力。 图3. 在RAMPT项目下开发的各种规模的复合外包裹多合金和多工艺增材制造推力室 NASA已经对各种3D打印部件和系统进行了超过100000秒的热火测试。这些测试帮助NASA了解增材制造的许多挑战和局限性，并帮助建立增材制造组件的认证标准。为了进一步推进RAMPT项目下的技术，8.9 kN和31kN集成推力室在NASA 马歇尔太空飞行中心进行了热火测试（图 4）。螺栓推力室测试也在156 kN下进行了测试，以获得有关L-PBF GRCop-42推力室和HR-1 LP-DED通道喷嘴的数据（图 5）。该测试证明了3D打印多合金、组合3D打印工艺和复合结构制造的挑战，并为工业应用提供各种经验教训。 图4. 具有GRCop-42 L-PBF推力室和LP-DED HR-1喷嘴复合结构热火测试 图5. 3D打印双金属 GRCop-42 L-PBF/Inconel 625 LP-DED燃烧室和带整体通道的LP-DED喷嘴的热火测试 (NASA) RAMPT利用多合金、组合增材制造工艺方法以及复杂的复合材料应用和先进的增材制造模拟能力来开发大型再生冷却液体火箭发动机技术。RAMPT项目将设计、分析、制造和装配生命周期提前期缩短了50%以上。它还将零件数量减少了10倍以上，重量减轻了30%以上，并提高了可靠性。RAMPT的其他成就包括让制造业供应链参与进来，并通过公私合作伙伴关系促进技术向商业行业注入，以创建健康的供应链。RAMPT项目下生成的所有数据都可供行业合作伙伴使用。 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.多材料金属结构一体成型：NASA正在测试不使用热源的新3D打印工艺 2.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 3.F357、TC4、IN718，众多先进材料3D打印组件集中布置到太空运输工具 4.迈向国际，中国工业级3D打印品牌深入欧美增材强国腹地

近期，Wilson公司在NBA全明星扣篮大赛上推出了业界有史以来第一个3D打印无气篮球。这款无气篮球具有很高的可玩性，几乎符合标准篮球的性能规格，包括其重量、尺寸和反弹力（反弹）。该篮球无需充气，是由一个黑色的晶格和八个类似面板的 "裂片"组成。 这种首创的3D打印无气篮球由EOS、General Lattice 和 DyeMansion与威尔逊体育用品公司联手推出。三家公司密切合作，引入了Digital Foam（数字泡沫）技术，这一合作也展示了增材制造的突破性能力。 Digital Foam（数字泡沫）是使用3D打印技术进行生产，是一项高科技过程，需要专业的人才和技术。由于Digital Foam是采用截然不同的配方制成，因此在许多重要应用中，它都可以远胜过传统泡沫。类似于泡沫，弹性数字泡沫可用于许多具备安全性、缓冲性和人体工程学需求的应用中。区别在于，传统泡沫生产是化学过程在液体中产生气泡，然后将其固化。 数字泡沫的可定制设计特征为个性化产品，轻巧且坚固的组件，出色的保护和完美的舒适感带来了新的可能性。该技术可以满足精确的设计和功能需求，可以使产品-甚至商业模式-达到新的高度。这是一种思考生产和个性化的全新方式。同时，数字泡沫可以作为服务提供，用户可以轻松获得其功能。 EOS 高分子3D打印设备 P396  “ Wilson用其无气篮球所做的是一个伟大的技术展示，再次证明了如何用成熟的应用实现全新的想法。"我们经常看到AM在企业各个领域的创新，像Wilson这样的创新组织正在探索如何利用AM进行原型设计和生产，以及大规模定制产品，让消费者在购买的产品中得到他们想要的东西。" EOS Additive Minds高级顾问 David Krzeminski博士 根据3D打印技术参考查询到的EOS关于该技术的资料，3D打印数字（弹性）泡沫使用TPU或PEBA等柔韧性极高的聚合物材料，可以对每个体素（体积像素）进行深度微调，从而获得绝佳的舒适性、安全性和功能性。采用传统工艺时，此过程异常繁琐，需要复杂的工程设计和漫长的生产周期才能生产出符合要求的产品，而现在Digital Foam则可以轻松搞定。 针对于此次篮球3D打印所使用的材料，3D打印技术参考了解到，所采用的材料是由alm在原有粉末基础上进行开发而来，alm是EOS旗下专门进行粉末研发定制的公司。而对于成形工艺，选择的是激光烧结技术，它也是当前最为成熟的高分子粉末3D打印工艺。 该项目充分证明了，3D打印技术的应用潜力无限，重在挖掘。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.3D Systems 2022全年营收5.38亿美元，收入下降但股价上涨 2.2.09亿美元：Desktop Metal 2022年营收不及预期，但业绩有多项亮点 3.GE将新投资超4.5亿美元于制造业务，1/3直接用于增材制造 4.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

随着增材制造技术不断发展，许多行业都在采用这项技术以及创新材料来生产高精度和高质量的零件，为工业生产提供支持。这使企业能够获得优化零件的新设计策略，从而简化生产流程、提高工人安全性、提高机器的耐用性，同时保持成本效益和性能导向。 夹具以及其他专用工具是制造和装配从汽车到工业零件和设备等产品的必需品。如今，不论个人还是企业均在寻找一种更简单、更快捷的方式来开发定制夹具，3D打印已成为扩展和改进其制造流程的最可靠工艺。 满足并超越期望——克服传统制造的挑战 在传统的夹具制造方面，企业面临着一些挑战。首先，它们可能耗费时间和成本，这意味着使用传统技术生产夹具所需的创建和迭代可能会很长，具体取决于设计的复杂性、可用材料和工艺。 WKW.automotive公司3D打印的工具 其次，传统的机加工技术需要大量的时间和资源投资来开发和维护必要的工具，从而导致成本增加。其他挑战还包括：受限于没有内部工具或生产能力、供应链或外包问题、传统机加工无法生产具有复杂形状和特征的复杂设计、不一致的机加工精度会影响零件质量和成本。设计、测试、重新设计和加工新的夹具或固定装置也可能需要数周或数月的时间，这既低效又可能导致成本增加和生产延误。 如今，通过增材制造可以实现的速度和准确性改变了这一切。全球各行各业都受益于3D打印夹具的使用，这可以带来以下优势： 1.与铣削相比，通过减少材料浪费来降低成本； 2.优化供应链，避免外包造成的等待和沟通环节，提高产品制造效率； 3.由于可以在内部和按需高精度生产零件，因此降低了外包成本； 4.减少夹具和固定装置所需的零件数量，因为复杂的组件可以单件生产，从而使零件更具成本效益且更易于组装； 5.减少零件生产所需的交货时间； 6.通过组合用于避免刮擦的硬质材料和软质材料，提高多材料夹具和固定装置的性能； 7.3D打印制造零件有可能减轻重量，从而更好的符合人体工程学； 8.与传统制造相比，可快速实施精确的设计变更，从而节省时间和金钱； 9.能够通过按需生产零件来保持数字库存； 10. 表面光滑、无毛刺或瑕疵的高质量零件，与传统制造相比，可获得更好的表面处理和更耐用的零件； WKW.automotive 3D打印的工具 寻找合适的材料：刚性与柔性 使用刚性材料具有优势，在与公司合作确定零件的最佳设计后，ForwardAM就最适合夹具的材料提出了专家建议。刚性的Ultracur3D®RG反应性聚氨酯光聚合物具有Ultracur3D®系列中最高的弯曲模量和最高的热稳定性。它们经过专门设计，可提供一流的抗拉强度和刚度，以及高打印精度和低收缩率，同时确保打印部件的长期紫外线稳定性。 Ultrafuse®产品系列通过熔丝制造(FFF)提供直接驱动挤出系统的应用。ForwardAM提供范围广泛的材料，确保客户获得各种有益的材料特性，例如易于打印、尺寸稳定性、耐用性和柔韧性。更多的产品组合包括标准丝材、用于高温和工程的丝材以及临时支撑材料。 WKW.automotive 3D打印的工具 柔性材料在工具制造方面也有应用，ForwardAM的Ultrafuse®柔性长丝产品组合包含Elastollan®，适用于要求苛刻的工业应用。广泛的材料特性包括柔软的触感、高结构强度以及卓越的柔韧性、回弹性和出色的耐磨性。这使得Ultrafuse®柔性丝材成为需要长期部件柔韧性的理想选择。 ForwardAM Ultrasint®粉末在使用聚合物粉末进行3D打印方面树立了新标准，从功能原型制作到最终用途的批量生产部件，为高级应用提供了新的可能性。 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.因零件整合，3D打印为一体化制造带来的60余项改变 2.奔驰匈牙利工厂选择一迈大幅面3D打印设备，用于生产工装夹具 3.国产3D打印解决方案为SpaceX、特斯拉级别的企业制造工装夹具 4.福特采用大幅面（1m³）3D打印机制造夹具和固定装置

SourcePro 成立于2000年，是制造各种家用产品和电器的领导者。 SourcePro 在中国东莞拥有超过60万平方英尺的工厂，大力提高自动化生产，以高效、有效地向客户交付产品。公司在香港设有办事处，在美国和加拿大设有客户服务中心。 SourcePro与一迈合作，使用其大幅面3D打印机YM-NT-1000，以灵活制造能力推进其研发和生产的迭代，从而更好地满足市场需求。 YM-NT-1000具有1米*1米1米的超大幅面，可以灵活加工各种大型原型和工装夹具。 YM-NT-1000采用真空吸附的方式，能够更好地固定模型，保证打印过程中的稳定性和精度，并且便于操作人员进行模型的附着和拆除。 YM-NT-1000具备模块化的双打印头，支持可溶性支撑材料打印，这意味着该打印机在打印过程中，能够使用更多的材料类型，实现更高质量的打印效果。 这些支撑材料能够被溶解，可以减少手动拆除支撑的麻烦和降低损坏模型的风险。模块化的设计和易于解除的连接方式，使得清洁、维修和更换配件变得非常容易。 借助工业3D打印，能够以前所未有的速度和效率简化生产流程，并获得更高的灵活性和控制权，从而在激烈的市场竞争中占领优势。 未来，一迈将继续致力于为制造业工厂赋能，通过3D打印技术实现智能化、高效化和多材料兼容，为更广泛的应用领域提供支持。 在数字化转型进程中，3D打印技术正成为制造业的重要组成部分。3D打印具有快速定制、高精度和低成本等优势，能够满足生产过程中的多种需求，同时可以减少浪费和节省生产时间。 3D打印技术正在深刻地改变着制造业的面貌，让制造业更加智能、高效、可持续。未来，一迈将持续助力更多制造业工厂，帮助他们更好地应对市场挑战，提高竞争力和创新能力。敬请期待下期客户故事。 东莞一迈智能科技有限公司是中国一家专注于3D打印研发生产的高新技术企业，其品牌一迈 IEMAI 3D是全球化的工业级3D打印机品牌，致力于为用户提供多材料兼容的“All in one”3D打印解决方案，支持打印市场上绝大部分的热塑性材料，帮助用户解决在制造生产中遇到的难题。我们执行产品研发及生产的高质量标准，所有的3D打印机和材料均已获得CE和ROHS认证。我们重视品牌打造，目前已获得中国、美国、欧盟的商标证书 。我们追求核心技术研发，目前已获得软件著作权、发明专利、实用新型专利、外观设计专利、国家高新技术企业称号。现在，我们的3D打印解决方案已应用到：航空航天、汽车、石油化工、医疗和电子制造业。

导读：3D打印技术参考注意到，江南大学刘仁教授团队于近日新提出了一种陶瓷打印方法，通过将直接墨水书写和近红外诱导转换粒子辅助光聚合相结合，可以实现无支撑多尺度、大跨度陶瓷的3D打印。该技术可原位固化直径从410µm到3.50mm的多尺度细丝，通过无支撑打印成功构建了扭转弹簧、三维弯曲和悬臂梁等陶瓷结构。这种方法将为复杂形状陶瓷的无支撑3D打印制造带来更多创新。   陶瓷具有结构稳定、耐磨、耐腐蚀、耐高温等优异力学性能，广泛应用于机械、电子、能源、航空航天、生物医学等领域。然而，受制于陶瓷材料固有的硬脆特性，复杂形状陶瓷部件的精密快速制造难以通过传统成型工艺实现。增材制造技术的出现为获得结构和功能一体化的复杂陶瓷提供了一种高效便捷的途径，进而能够促进实现陶瓷的更多先进应用。增材制造为先进陶瓷的制造提供了更高的设计自由度，为高性能陶瓷材料的制造提供了革命性的推动力。增材制造的快速发展离不开工艺技术的进步和适用材料体系的扩大。传统领域也正面临着重大的制造方式转变，即按需制造具有足够分辨率的定制功能结构，在不同尺度上具有可调的化学成分。尽管立体光刻、数字光处理或粘结剂喷射等工艺可以制造分辨率高的陶瓷部件，但仍存在一些挑战。  www.nature.com/articles/s41467-023-38082-8 1. 探索大跨度无支撑陶瓷3D打印的必要性一个主要问题是由于重力原因，在不使用额外支撑结构的情况下，很难通过3D打印直接制造具有大跨度或异形结构的陶瓷。由于后期需要去除支撑结构，3D打印技术所谓的“所求即所得”的优势并未得到充分体现。同时，额外的辅助支撑会造成表面质量和尺寸精度较差，并增加加工时间长和成本。除此之外，去除支撑件容易产生微裂纹，这可能导致组件在使用过程中出现应力集中，增加陶瓷部件失效的风险。对于一些特殊设计的开放性较差的结构，内部支撑去除几乎是不可能的。为满足陶瓷的功能性和轻量化要求，探索大跨度结构的无支撑陶瓷3D打印技术具有重要意义。2. 使用近红外光代替传统紫外光进行3D打印基于紫外线的原位光固化辅助直接墨水书写（DIW）技术保留了光聚合的时空控制优势。适合的光固化行为可以提高DIW构建复杂结构的能力，并使聚合材料的无支撑打印成为可能。然而，在陶瓷打印时，由于紫外线或可见光在高固含量陶瓷浆料中的穿透力有限，固化效率和产量远不能令人满意。光敏浆料中大量悬浮的陶瓷颗粒引入了额外的光散射、折射，经过多次吸收、散射和折射后，光能在感光介质中梯度衰减，阻碍了光聚合过程。与紫外光相比，近红外光(NIR)由于其在各种介质中的线性吸收和瑞利散射较小，因此具有更强的穿透能力。近红外光诱导的上转换粒子辅助光聚合方法已成功应用于深度光固化、活性/可控光聚合、生物医学材料的3D打印。 直接墨水书写示意图 不同光聚合条件之间的差异 在此，江南大学刘仁教授团队开发了一种新方法，将直接墨水书写与近红外光诱导聚合相耦合，使用近红外辐射以受控的固化速率进行按需固化，能够获得具有灵活几何形状和高分辨率特征尺寸的陶瓷结构。 3. 实现高纵横比和大跨度复杂陶瓷结构无支撑打印 通过调整辐照强度和打印速度，陶瓷浆料可以在挤出过程中原位固化，无需使用支撑。挤出结构强度和自支撑能力提高了制造精度，而且3D打印的灵活性可扩展到XYZ空间，更容易打印低角度甚至水平的悬垂。NIR-DIW技术进一步增强了陶瓷增材制造的灵活性和自由度，允许打印多材料结构，并实现高纵横比和大跨度复杂陶瓷结构的无支撑打印。 该技术满足大跨度的制造需要，具有更大的设计灵活性。打印的悬臂结构长丝超过85mm，形状保持良好，没有观察到粘弹性下垂。通过将NIR光诱导的光聚合应用于DIW打印，研究人员在不使用任何支撑材料的情况下打印出了具有高一致性和高形状保持性的高强度长丝和陶瓷组件。选择这些特定结构只是为了证明概念验证，即制造具有悬臂的多尺度复杂结构，这是其他没有支撑材料的增材制造技术无法实现的。   打印部件的结构稳定性和保真度评估 打印部件的结构稳定性和保真度评估 在增材制造领域，人们对制造单一零件较感兴趣。然而，由于浆料本身的粘弹性和剪切稀化特性无法保持异形结构，因此很难通过DIW直接打印悬浮结构。为了最大限度提高打印能力并生成更复杂的3D结构，研究人员将打印方法扩展到了XYZ维度。 4. 多材料陶瓷结构3D打印 多材料3D打印可以将设计空间扩展到不同的材料，无需组装即可一次制造具有多种功能特性的产品。与高分子多材料增材制造技术相比，陶瓷多材料增材制造技术仍然是一个具有挑战性的研究领域。除了陶瓷材料的光固化特性不同外，陶瓷各向异性的尺寸收缩和烧结温度的差异也容易导致高温烧结时产生翘曲、分层和裂纹。 对不同浆料的多材料3D打印 为了确保多材料部件更好的共烧结，不同材料的烧结温度通过烧结添加剂匹配，调整热处理曲线和固含量。在这项研究中，研究人员展示了使用NIR-DIW打印多色陶瓷材料和离散梯度结构。 END 基于NIR-DIW的无支撑增材制造技术为陶瓷增材制造设计开辟了更高的自由度，这项技术不仅消除了典型打印过程中所需的支撑，而且还带来了许多其他优势，例如减少打印时间、材料使用和后处理工作量。同时成功构建了扭力弹簧、三维弯曲、悬臂梁等高保真局部悬垂和低角度陶瓷几何体。这些突破进一步优化了3D打印陶瓷零件的表面质量，同时还消除了支撑结构占用的成型空间。在近红外光诱导聚合的协助下，一旦NIR辐射强度达到一定值，光敏陶瓷浆料可瞬间凝固成稳定的结构，打印出的曲线无需支撑即可在空间自由伸展。打印过程连续流畅，无需加热等待冷却。时间和空间可控，可以快速制造异形结构件。该技术可提高材料利用率并增加设计自由度。 它在制备高纵横比组件、快速打印和多材料兼容性方面具有优势。虽然使用较小直径的喷嘴打印可以获得更高的精度，但对于单丝无搭接形成的结构（如扭力弹簧），烧结后的形状保持性要差得多。通过优化墨水成分和打印参数（喷嘴直径、挤压压力、移动速度、光照强度等），可以获得分辨率更高、外观独特的物体。相信NIR-DIW方法将得到进一步扩展，无支撑生产的陶瓷几何形状将有助于产生更多的创新组件，并促进增材制造技术的广泛应用。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，请勿侵权转载。 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.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 2.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 3.2300万！燕山大学陶瓷增材制造课题获科技部国家重点研发计划支持 4.为特殊金属和特种陶瓷开辟一种可行的3D打印解决方案