导读：3D打印技术为改变工业生产带来了新的机会，例如大量零件整合实现一体化制造、高效率快速制造、更为复杂和极限的结构特征制造等。然而，当前绝大多数工艺仍只能在一个过程中生产一种材料，尤其对于粉末床激光熔融工艺（L-PBF/SLM），因此限制了进一步提高产品性能。本篇文章通过一个散热器案例来描述使用SLM工艺进行多材料设计和制造的潜力，从而实现组件更高性能，所使用的技术来源于Aerosint technology，与Fraunhofer IAPT合作完成。   Aerosint自2016年成立以来一直在开发选择性粉末沉积(SPD)技术，该技术可选择性沉积两种(或更多)粉末，形成厚度可调的单独粉末层，能够应用到几乎所有基于粉末床的增材制造工艺中，包括激光粉末床熔融和粘结剂喷射（已被Desktop Metal收购）。 多材料解决方案的应用可以是多样化的，并将随着对新材料的验证而增长。该公司的技术方案目前已经成功应用于SLM技术，并计划将集成到Desktop Metal的P1机器中。2022年，Aerosint还推出了一种无粘结剂的“压制和烧结”方法，使用选择性粉末沉积制造多材料部件。在这个过程中，使用SPD技术将多种粉末填充在模具中，然后进行压制和烧结，这使得制造金属-陶瓷部件成为可能。 除了提供选择性粉末沉积技术，Aerosint还提供SLM和BJ机器的研发服务，帮助企业寻找和开发多材料应用。在本案例研究中，Aerosint与Fraunhofer IAPT（弗劳恩霍夫增材制造技术研究所）进行了增材制造技术的合作，重点涉及这项技术的工业化和相关的技术转让，以实现全新高效的产品生产。 多材料SLM打印 激光参数和扫描路径优化 弗劳恩霍夫增材制造技术研究所开发了一个具有多材料的拓扑优化结构的散热器，其具有高度复杂的几何形状，极大减轻了重量，改善了热性能并降低了压降。由于传统技术不可能生产如此复杂的几何形状，增材制造成为首选工艺。 在设计阶段考虑了SLM工艺所特有的激光高精度和精细粉末能够创建复杂、高细节特征的制造特点，并规划了激光路径和光斑直径，以保证良好的可制造性。 多材料散热器由高强度、耐腐蚀的316L不锈钢外壳和高延展性的CuCrZr铜合金制成，内部具有珊瑚状核心。所选铜合金的导热系数是AlSi10Mg铝合金的2倍、316L不锈钢的16倍，导热效果明显高于其他常见材料。而且，铜基合金是密闭空间散热应用必不可少的材料。 多材料构件打印过程 为了能够使用SLM技术实现多材料3D打印，Aerosint的选择性粉末沉积(SPD)系统被安装在Aconity3D 公司的MIDI+机器上。作为双缸单材料铺粉的替代方案，Aerosint的SPD系统的铺粉机构由两个可旋转的转鼓组成，可携带不同粉末，如金属、陶瓷和聚合物。可在构建区域内不同位置上选择性的沉积不同类型的粉末，铺设速度可达50毫米/秒，最小区域尺寸约为0.5×0.5mm2。材料可以单独或连续扫描，可选择不同的扫描策略，优化的激光参数可将两种不同的金属粉末融合在一起，确保在界面处有足够的冶金结合。 3D打印技术参考注意到，配备SPD系统的Aconity MIDI+打印机的构建尺寸目前限制在140×96mm2。 在本文案例中使用的两种不同的材料——CuCrZr合金和316L不锈钢——具有明显不同的性能。CuCrZr合金是一种纯度较高的铜合金，对红外激光的吸收非常低，因此需要大量的能量输入才能形成稳定的熔池。如此高的能量输入会导致316L不锈钢过热和汽化，因此有必要应用不同的加工参数，并依次熔化它们。零件打印之后需要喷砂，以实现所需的表面质量。 多材料构件的热处理 为了达到高导热性，通常必须进行后热处理。Aerosint之前的研究表明，在520°C下保温1小时，炉冷后CuCrZr合金的热导率增加了两倍。在时效过程中，CuCrZr合金中过饱和(Cu)基体上会析出颗粒，达到弥散强化和提高导热性的双重目的。一般情况下，该时效温度和保温时间位于316L不锈钢去应力热处理的窗口内。因此，严格来说，对于本案例中多材料构件并没有必要进行额外的热处理步骤。 铝制散热器平均温度(59.3°C)明显高于多材料散热器52.1°C 但3D打印技术参考也查询到，一般双金属材料加工而成的零件均需要进行热处理来稳定形状和尺寸，不同的热处理工艺过程对零件的性能影响较大。通过热处理使温度敏感的双金属零件达到尺寸和性能稳定的方法，称为稳定处理。针对双金属零件的具体组成材料、结构复杂程度以及具体的工作环境，会需要不同的热处理手段。   结论 由Fraunhofer IAPT开发并使用多材料3D打印的拓扑优化散热器，证明了多材料SLM技术可以制造具有更高性能的组件。 这种创新的散热器将为汽车和航空航天行业的苛刻应用提供新解决方案。散热和节省空间至关重要，该方案可以提高电子部件的性能和使用寿命。此外，在一种工艺中生产这种多材料、多功能组件显著缩短了交货时间，降低了生产成本。 创新的多材料SLM金属3D打印工艺不仅可以通过使用不同的材料调整特定区域的性能，还可以制造复杂的几何形状。因此，这将为产品带来更高的价值，同时降低生产成本。 注：本案例由Aerosint公司李晓爽博士和Fraunhofer IAPT Arthur Seibel主导，本文获得了李晓爽博士的指导。 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.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 3.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 4.五千字分享：NASA采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验

4月12日，3D打印技术参考注意到，EOS推出了用于激光粉末床熔融 (LPBF)3D打印工艺的全新Smart Fusion解决方案，它可以实时自动调整激光功率，笔者认为，这将带来革命性的变化： 1.可消除对大多数支撑结构的使用需求 2.最大限度减少材料使用 3.减少后处理需求 4.降低零件成本。 监控+先进算法——实时调整功率 多年以来，无支撑金属3D打印一直被认为是传统SLM技术发展的重要里程碑，诸多的分析文章认为是其在打印过程中实时调整了激光参数并配以合适的铺粉速度等操作来实现，但该技术的开发商Velo3D从未公开过其铺粉过程的视频。但究竟如何实现，目前也并未有100%确定的答案。除此之外，通常也认为无支撑的实现需要修改零件设计并配合局部特殊工艺，这在《反其道而行之，EOS工程师介绍无支撑粉末床金属3D打印策略》一文中进行了详细介绍。 支撑对于激光粉末床工艺来说至关重要，它的主要作用是传导热量、抵抗残余应力和应对刮刀冲击作用，但最终的目的是为了消除打印过程中局部过热带来的一系列问题。Smart Fusion解决方案的核心是与EOS现有的监控解决方案（光学断层扫描）相结合，采用先进的算法来逐层监控构建过程，并将数据反馈到激光进行调整。这使整个构建平台的热量均匀分布，从而减少零件中的应力并避免金属过热和向不希望的方向移动。 从数据的角度来看，构建室中的特殊高分辨率相机会监控每一层的熔池温度，Smart Fusion与EOSTATE及其光学层析成像（OT）相机配合，通过EOSYSTEM监测、测量和调整激光功率。 带有和不带有支撑的3D打印零件 使用OT相机拍摄的打印图像与其在Smart Fusion中的处理比较 通过这种方式，Smart Fusion软件可直观检测潜在的构建问题，自动调整激光功率，从而可以在不使用支撑的情况下实现整个打印过程稳定可靠，制造出性能更均匀、一致的部件。除了以上优势，该解决方案还可以减少与工艺调试相关的“试错”，减少时间和材料浪费。同时，Smart Fusion的实时功能不会大量增加构建时间。 智能融合——更快、更灵活 客户对Smart Fusion解决方案的Beta版测试发现，其打印速度始终比市场上的竞争对手快两到五倍。较低的单件制造成本是采用Smart Fusion的主要业务驱动力，消除支撑结构则可以打造更具吸引力的商业案例。EOS在Smart Fusion的测试阶段与多家组织合作，验证了其速度和零件的性能。至于对比的对象，3D打印技术参考认为可能是Velo3D，而对于这款解决方案，EOS将其称之为——智能融合。 无支撑打印与有支撑打印对比 从事汽车、航空航天等高性能应用的制造商Pankl Racing Systems公司表示：“在过去的几个月里，我们使用该解决方案开发了几款产品，真正展示了智能融合的潜力。“ EOS软件产品线经理Mirco Schöpf表示：“智能融合是金属增材制造的又一重要突破，特别是对于那些拥有高度工程化应用的用户，如能源、空间技术和航空航天。市场上的其他解决方案有明显的缺点，如构建时间较慢，并且需要技术人员来保障制造过程安全稳定。Smart Fusion提供了一种更快、更灵活且更易于访问的工业化解决方案。” 据了解，Smart Fusion解决方案目前可适用于以下设备和材料，其售价为27000欧元（EOS M290）和38000欧元（EOS M300-4和EOS M 400-4），EOS打算加快扩展Smart Fusion的可用性，包括AMCM系统。 Schöpf补充道：“Smart Fusion的优势在于它非常灵活、易于使用，并且可以与大多数客户购买的产品配置配合使用。EOS要求团队使用独特的软件解决方案来减轻金属增材制造面临的一项重大挑战，我们为结果感到无比自豪。“ END 纵观过往众多资料，3D打印技术参考注意到，对于激光粉末床熔融工艺实际上并不能完全消除支撑，但确定可以通过一定手段大量减少支撑使用，这仍然是对用户极具吸引力的。 EOS公司作为传统的金属增材制造龙头企业，实际上在近几年来逐渐被后起的Velo3D、Seurat以及同时代的其他公司掩盖了锋芒，但传统的工艺市场正面临极大的同质化风险。对于竞争激烈的激光粉末床熔融工艺，唯有不断创新，推出差异化的产品，排除同质化，才能在本轮竞争中持续获得市场。Smart Fusion解决方案的推出，对市场证明了其行业龙头的地位。 而对于实施自动调整激光功率这项功能本身，不得不说，用户一直想要的终于来了。 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.反其道而行之，EOS工程师介绍无支撑粉末床金属3D打印策略 3.精致且可靠 | 小尺寸金属3D打印机的技术要点不容忽视 4.无支撑金属3D打印：VELO3D成功探索全球范围可重复、无差别制造

近日，3D打印技术参考注意到美国国家航空航天局喷气推进实验室（NASA Jet Propulsion Laboratory，JPL）发布了2022年技术应用亮点报告，包括高级高保真紧凑成像光谱仪、深空太阳能阵列、量子电容探测器等共32项，其中关于3D打印技术的应用就涉及三项。  本期内容将详细介绍被JPL实验室纳入技术亮点的3D打印技术应用，同时需要注意的是，该实验室是3D打印技术研发和应用的重要机构，代表案例便是在毅力号火星车上的重要应用。 013D打印仿生结构精细亚毫米天线 为航天器和高空气球设计和制造天线是很困难的。从本质上讲，天线体积庞大，在太空发射过程中要承受巨大飞行压力同时要保持尺寸稳定，因此其制造一直是重要挑战。亚毫米天线用于各种地球观测、行星科学和天文学应用，需要在微小波长范围内工作，因此其制造过程不能引入缺陷，以保证其能够在较宽的温度范围内工作。 传统上，这些天线采用玻璃制作，在天线表面沉积一层薄的反光材料（如镍），背面则粘贴一个由金属蜂窝或金属条制成的支撑结构。其制造过程耗时且容易出错，在极端温度下工作时也有潜在的缺点，由于材料会以不同的速率膨胀和收缩，可能给天线带来应力和不均匀的变形。 JPL实验室的工程师试验了3D打印新工艺，其成本低，可以很容易适应不同的应用。这种新方法使用单一材料来创建支撑结构和反射表面，从而大大简化了制造过程，并获得了统一的膨胀系数。这使得整个单元对温度变化的反应一致，天线上的应力更小，变形更少，能够在使用过程中提供更好的信号。 具有仿生设计的铝合金反射镜（直径20cm） 3D打印的直径10cm的对称抛物面反射器的反射表面和背部结构 研究团队使用铝粉打印了仿生结构天线，实现了采用更少质量创建更复杂的天线设计的突破，同时也实现了传统制造技术无法实现的任务优化形状。通过使用复杂的设计软件，天线支撑元件可以根据需要调节厚度，这进一步有助于提高性能，进行高效设计。 事实证明，经过仿生设计的反射镜（直径20cm）显示了高度优化的背部结构，它只能通过计算机优化来实现，同时也无法通过传统加工来制造，而3D打印技术简化了这种天线的制造方式。事实证明，3D打印技术能够制造高性能、热稳定的天文和遥感天线。 023D打印多材料高性能磁屏蔽器 随着美国宇航局的机器人航天器越来越有能力探测来自太空的微弱信号，它们对机载机械的干扰也越来越敏感。在传统设计中，电子“噪声”设备使用金属外壳屏蔽。 为了优化它们的性能，这些外壳传统上采用减材加工高强度的金属块制造而来，既昂贵又耗时，且材料浪费极为严重。而最大限度提高电磁屏蔽的有效性，需要对结构进行优化，设计的复杂形状却又造成难以制造。 采用DED工艺打印磁屏蔽结构 JPL实验室使用的新技术利用了增材制造的优势，能比以往任何时候都更快、更容易制造出性能更好的磁屏蔽结构。激光能量沉积工艺结合激光和粉末，利用送粉方式在计算机控制下一层一层打印零件，同时能够通过改变粉末的成分，在最有效的地方沉积不同的金属合金，从而使多材料磁屏蔽制造成为可能，提高了屏蔽性能。 这是传统其他制造工艺所无法实现的，所需的时间也大大减少。与以前相比，3D打印得以用更小的质量和更低的成本实现更有效的屏蔽。033D打印可变形航天器结构 一些太空任务组件，如天线和居住模块，体积庞大，受到火箭整流罩尺寸的限制。而如果不考虑这一因素，可发射组件可以更大，功能也会更强，这在可预见的未来也许能够实现。 JPL团队开发了一种新的3D打印织物，在太空部署后可以变化为所需的形状。这些形状变形材料的灵感来源于链甲，通过打印互锁的粒子来制造，每个粒子都可以独立移动一小段距离，从而实现参数定制，非常适合特定用途。然后，这些柔性结构可以被卷成或折叠成非常小的尺寸，装入火箭整流罩进行发射。 JPL团队开发的结构可调节3D打印织物 创建一个可变形的结构需要对最终的刚化结构有一个一般但不一定精确的认知，以设计合适的互锁粒子。这些结构片材可以在有柔性的情况下成形，并且可以通过改变压力来调节刚度以获得所需的形状。然后，对相邻的结构施加力，使它们挤在一起，联锁成最终的刚性结构。3D打印技术参考注意到，该研究还曾以《Structured fabrics with tunable mechanical properties》为题发表于Nature。  这些结构织物在NASA任务和消费产品中都有许多潜在的应用。它们可以用作可展开的散热器、天线、太阳能电池板、辐射防护毯或微流星体防护罩。它们也可以作为暴露在长时间微重力环境下的宇航员的身体外骨骼；在地球上，这种结构织物可以用于医疗保健，作为自适应组件，在伤口愈合时调整其硬度，或者作为消防员或士兵的抗冲击服装。它们的特点是可折叠和可装载，然后在太空中展开成更大的刚性形状，这将可以制造更大的可定制组件和形状来实现最佳性能。 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 2.五千字分享：NASA采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验 3.精致且可靠 | 小尺寸金属3D打印机的技术要点不容忽视 4.聚焦应用丨报名深圳「金属增材，升级生产力」研讨会

导读：洛桑联邦理工学院的专家学者于近日报告了一项与可穿戴设备相关的研究，以“Fiber pumps for wearable fluidic systems”为题发表在最新一期的《Science》上。3D打印技术参考注意到，该研究不仅使用了3D打印工艺，相关设备还是中国品牌！   可穿戴设备是直接穿在身上，或是整合到用户衣服或配件的一种便携式设备。它不仅仅是一种硬件设备，更能通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，将会对我们的生活、感知带来很大的转变。在创造可穿戴技术时，纤维形式的组件由于其灵活性、可扩展性以及与现有纺织品生产技术的兼容性而提供了优势。基于流体驱动的软体执行器，是开发可穿戴技术的关键，这些执行器通过弹性腔体的变形实现伸展、弯曲、收缩等运动。而能够集成到目前生活中广泛使用的纺织品纤维中的活性流体组件仍未得到开发，因此阻碍了软支撑外骨骼、自适应医疗矫形器和可穿戴触觉设备的研制。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，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。这意味着，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日被发表在Science上，其采用了3D打印技术，制造设备采用的是中国品牌Raise3D（复志）。 采用3D打印制造动力装置 纤维流体泵的加工过程，看上去非常简单，但功能实现却并不容易。所开发的流体泵是一种柔性且可拉伸的管道，其直径为毫米级别，可以在没有任何部件移动或振动的情况下产生连续的流体流动。 为了满足实际应用的要求，可穿戴储能器件必须在不同的形变（如拉伸、弯曲、扭曲和折叠）条件下保持优秀的机械性及稳定性。而3D打印技术作为一种新兴的增材制造技术，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。由于其高拉伸性和出色的回弹力，聚氨酯(polyurethane, PU)弹性体被广泛用于各种3D打印技术中。 纤维形式的电流体动力泵  通过使用纤维泵进行热管理 聚氨酯中的化学结构与聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈和弹性纤维中的化学结构非常相似，导致形成氢键，与有机硅相比，材料与合成纤维的粘合效果明显更好。此外，聚氨酯可以很好地润湿纤维而不会穿透，使纺织品非常耐用。 中国品牌机型助力Science研究 据介绍，此次研究引进了Raise3D高精度3D打印机——E2，该研究工作将新颖的设计和前沿的3D打印技术结合起来，引入的Raise3D E2搭载IDEX独立双喷头，支持同时打印、双色打印，双色打印交替进行互不干扰。IDEX独立双喷头系统还能实现不同材料组合打印：硬料与软料、低温耗材与高温耗材、水溶性与不可溶耗材等，大大拓展了3D打印机的应用领域。得益于IDEX独立双喷头的特殊设计，在打印TPU、TPE、PVA、等软性耗材时，缩短材料受热承力长度，进一步提高打印软性耗材的速度。 E2的复制和镜像模式 E2的默认喷嘴直径为0.4mm，可替换为0.2、0.6、0.8和1.0mm，根据打印尺寸和精度需求，选择合适的喷嘴，更换便捷。目前为止，E2可使用以下耗材:PLA / ABS / HIPS / PC / TPU / TPE / NYLON / PETG / ASA / PP / PVA/ 玻纤增强 / 碳纤增强/ 金属填充 / 木质填充，最高温度可达300℃。将大打印空间与我们能实现镜像打印和复制打印等打印模式的独立双喷头(IDEX)技术相结合；E2是大幅优化投入产出比的工具。   纤维流体泵能够以与可穿戴设备固有兼容的外形来泵送液体，在管道本身内直接产生流量，不需要外部泵，流体系统可以大大简化。这极大提高了可穿戴设备的设计自由度。纤维泵可以分布在整个设备的体积内，减少损失，提高舒适度，并在不需要阀门和连接器的情况下实现先进的多泵可穿戴设备。纤维泵的分布式特性意味着泵的重量可以与传统流体回路中所需的管道重量相比较。在采用纤维泵的情况下，管道就是泵，因此没有带来额外的重量。   使用纤维泵驱动的执行器 END 将纤维流体泵应用于新型可穿戴技术中，无疑是令人兴奋的，3D打印技术必将在可穿戴设备的生产上扮演重要的角色。但是，其应用前景远非仅限于此。据科研学者介绍，流体泵可以让在极端温度环境或治疗环境中工作的人通过衣服循环冷热液体，以帮助控制炎症；对于那些希望优化运动表现的人来说，也是巨大的福音。  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.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 2.2023年（上半年）3D打印机买家指南 3.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 4.Science最新：3D打印有机硅弹性体，制造出高性能生物结构

2022年5月，笔者写了一篇关于高强铝的文章：《讲透3D打印高强铝究竟是什么材料？》，发布于3D打印技术参考。在该文章中，笔者指出高强铝面临着四大争论：体系之争、专利之争、价格之争、投入之争。如今时间过去快一年，市场上又发生了哪些深刻的变化呢？ 我们先回顾下当前国际国内市场上推出的高强铝合金3D打印材料。本文所述的高强铝指的是用于SLM金属3D打印技术的粉末材料，不涉及丝材3D打印以及电子束3D打印。 高强铝3D打印材料市场化进程 在高强铝还未受到如此大关注的时候，英国Aeromet International Limited公司就推出了AM 205铝合金3D打印粉末。2017年8月，英国Renishaw公司和Aeromet公司宣布针对AM 205进行打印工艺参数开发和性能测试。AM 205是一种TiB2强化的AlCu合金，其成分符合AMS 4471标准，同时非常适合增材制造工艺。如今，时移事异，Aeromet已被Eckart收购，AM 205这一产品则并入Eckart公司AM业务A20X产品线。   紧接着，引爆高强铝3D打印材料的是美国HRL实验室。2017年9月，HRL在Nature发表了《3D printing of high-strength aluminium alloys》，一时引起轰动。2019年4月，美国铝业协会（Aluminum Association）首次在全球推出铝粉增材制造行业标准“Purple Sheets”，HRL生产的高强度铝合金粉体成为首个通过标准的注册商品。2019年10月，HRL将开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料因使用锆基纳米颗粒作为成核剂，避免了7075和6061铝合金在采用激光打印时出现的易开裂问题，并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。紧接着美国NASA成为HRL的首个用户，并对该材料在航空航天大型部件的生产进行了评估研究。  早在2013年，APWORKS就一直处于增材制造和先进材料的研发前沿。APWORKS成功开发出了Scalmalloy，这是一种新型高强度的铝-镁-钪合金，并于2016年5月推出了基于Scalmalloy的3D打印摩托车。2018年4月，APWORKS成为空客的全资子公司。进行资源整合后，空客针对在欧洲、美国、中国等地布局了保护性极强的专利。2020年9月，Scalmalloy粉末在中国开卖。   2019年，倍丰科技创始人、澳大利亚工程院吴鑫华院士在美国里诺举行的国际航空材料大会上宣布，其研究团队成功开发出了牌号为Al250C的高温高强3D打印专用铝合金材料。尤其值得注意的是，采用该材料制备的航空零部件通过了250℃高温下持续5000小时的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。  2017年8月，上海交通大学王浩伟教授团队研制出超强纳米陶瓷铝合金。这是一种原位生成的TiB2纳米强化铝合金材料，在实际打印的过程中，由于强化相TiB2是从基体中原位生长的，与基体之间的界面不存在润湿性的问题，能够形成强化学键，因此合金组织能够呈现平均晶粒尺寸＜500nm的超细晶结构，大幅强化了合金的综合力学性能，并使工件的组织表现出一流的各向同性性能。这一成果后续由产业化公司安徽陶铝新材料研究院有限公司承接。2021年4月，江苏威拉里新材料科技有限公司、上海交通大学王浩伟教授团队和安徽相邦复合材料有限公司三方深度合作，在材料体系开发和制粉工艺研究等方面进行了大量研究，成功开发出适用于3D打印的高性能陶铝复合材料粉末。其打印件的最大抗拉强度超过540MPa，最大断裂伸长率超过15%。 与此同时，国内相关团队和公司开始跟进高强铝3D打印材料的研发，大部分是基于Al-Mg-Sc-Zr体系做开发。这些团队和公司有： 2019年2月，长沙新材料产业研究院自主研发的高强铝合金粉末材料，成功通过“高强铝合金增材制造技术在大型客机和民用航天制造中的应用示范项目”参研单位——西北工业大学的性能验证，最终测试结果表明室温拉伸性能达540MPa以上，延伸率超过14%，完全满足项目对基础材料的性能指标要求。2020年9月，中车研究院成功研发出一种超高强3D打印铝合金粉末材料。该粉末材料经批量SLM打印验证，拉伸强度超560MPa，屈服强度超过500MPa，延伸率超10%。215℃高温强度超过260MPa，延伸率超过10%，并具有优良的耐腐蚀性能。目前已稳定生产并应用于轨道交通轻量化设计零部件的试制中，取得了极佳的减重和性能强化效果。江西宝航新材料有限公司、宁波众远新材料科技有限公司也分别推出了基于Al-Mg-Sc-Zr的高强铝粉末产品。   2021年11月，EOS公司另辟蹊径，推出了2139 AM新品铝合金3D打印材料。EOS指出：该材料专为增材制造 (AM) 而设计，可在将近200ºC的高温下展现出色的性能，是EOS强度最高的 AM铝合金材料，其性能优于目前市场上的许多类似合金。EOS Aluminium Al2139 AM高强度特性为客户提供了一个极好的机会，可以在不影响强度的情况下显著减轻制造零件的重量。   2022年12月，中航迈特宣布推出Al-Mg-Er-Zr高强铝合金粉末新品。中航迈特指出该成分突破了空客Scalmalloy专利成分封锁，拥有完全自主知识产权。  2023年3月，安徽中体新材料科技有限公司宣称和安徽工程大学联手研发低成本高强铝合金粉，推进金属3D打印领域技术创新。安徽中体指出，其联合安徽工程大学研究开发了Al-Ce铝合金系列材料，旨在提高合金的强度和塑性，进而拓展其在航天领域，汽车等领域应用，为轻量化材料的创新应用提供新的理论基础和实践指导。该系列高强铝合金材料材料易得，成本低，且生产稳定可控。 通过回顾我们能够发现，自2017年开始，高强铝3D打印材料的种类在逐渐增多，也不断有新的高强铝3D打印材料推向市场。下表列示了近年来市场上推出的高强铝3D打印材料及其性能。表1近年来市场上推出的高强铝3D打印材料及其性能（参考发布时资料） 序号 材料体系 牌号 推出公司 材料性能 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/% 1 Al-Cu-TiB2 AM205 Aeromet International 450-511 390-440 10-13 2 Al-Zn-Mg-Cu -Zr 7A77 HRL Additive 520-615 490-585 6-14 3 Al-Mg-Sc-Zr Scalmalloy Apworks 520 480 13 4 Al-Mg-Sc-Zr HAlSc 长沙新材料产业研究院 535 510 12 5 Al-Mg-Sc-Zr CRRC-HAP-1 中车研究院 560 500 10…

纪录片《超级装备》在长达数年的创作过程中，曾走访多位装备领域的资深专家及行业领军人物。籍此片在哔哩哔哩上线之际，节目组特别推出人物专访系列片。本期是中国工程院院士、西安交通大学教授、国家增材制造创新中心主任卢秉恒，与节目总导演韩晶的对话录，转自公众号纪录片超级装备。 韩晶： 卢老师您好！两次见面，您都给我留下非常深刻的印象。我觉得您就像一位永不知疲倦的顽强的斗士，充满了激情。您是从什么时候开始接触3D打印的？又是什么原因促使您把自己的下半辈子跟3D打印技术捆绑在一起的？ 卢秉恒： 1992年我在美国做访问学者，当时去参观了底特律的福特汽车公司，看到他们开发新车的时候，是用3D打印技术做的样车。看了之后，我就对3D 打印技术产生了浓厚的兴趣。新产品的开发，做第一件是非常难的，但是用3D打印技术就能做得很快。 1993年回国以后，西安一个军工厂也接触到了3D打印技术，想上这项技术，通过一个朋友找到我，打听关于这项技术。当时他们已经谈好要采购一台国外的3D打印设备，但后来因为经济情况发生变化，资金不够了，就没有采购成。我当时就想，既然国内对3D打印技术那么感兴趣，生产上那么需要，我们为什么不自己做一个开发呢？ 韩晶： 第一次跟3D打印技术初遇，回国后又看到我们工业上有这种需求，所以就促使您去做这件事情了。但是我好奇的是，1993年您应该也快50岁了吧？那个年龄再要去做一件完全崭新的事情，甚至这个事情在国内还没有人做过，这是需要很大的勇气的。 卢秉恒： 当时我的一些同事也劝我，说你要开发一项新技术，需要很多资金，你没有钱怎么办？我觉得钱是人找来的，只要社会有这种需求，肯定是可以找到钱去做这项技术开发的。我当时利用自己做科研还剩的一、二十万经费，就开始着手做了。 1994年，我参加北京的一个关于先进制造技术的会，当时我是副教授，本来也没安排我发言。后来安排了自由发言，我就跳上去做了一段发言，把3D打印技术向大家介绍了一下。科技部的一位领导很感兴趣，他让我马上写一份建议书。我当场就写了一份建议书，因为时间仓促，只写了四、五页纸。半个月以后，我接到一个通知，说科技部准备派人到我这里来考察这项技术。 我于是加班加点做出来一台样机，虽然很简陋，但是把原理给展现了，而且软件、硬件的模型基本上也都有了。来考察的领导看了以后很高兴，就跟我们西安交大签了一个支持的协议，后来，我就拿到了250万资金。 七、八年之后，我确实把这项技术做到了工业应用，曾来考察的那位领导又见到我，说当时他跟我一握手，发现我手上有老茧，啊呀，这个项目就给这个人了，因为这个人有实践工作经验。的确在这之前，我在工厂里干了11年，车铣铇磨全部都做过，当工人也当了5年半，才留下的老茧。 韩晶： 可能他从另一个角度，觉得您是一位实干家，而不是空想家。从1993年到现在，3D打印已经变成一个耳熟能详的字眼了，而其中，金属3D打印和生物3D打印是比较重要的两块。您领导的团队最引人瞩目的成就，在于生物3D打印，包括首例人工椎骨的成功打印以及被成功植入到人体。您能不能概述一下3D打印技术在医疗领域的应用，以及它未来的发展前景？ 卢秉恒： 首先，3D打印技术是一门完全数字化的制造技术，它可以利用数字控制，控制到材料的每一个点，所以能够做得非常灵活。我们医学上，尤其是人体的一些器官都是个性化的，形状也都是很特别的，唯有3D打印能很快地做出来。所以3D打印技术应用于生物医疗方面，就得到了快速发展。 在骨科手术中，我们可以个性化地修配因为交通事故、因为手术治疗而取掉的一些骨头。我们可以做人工的内置物，而且做得非常精确。像我们做的人工的下颌骨置换术，个个都非常成功，给患者带来了福音。 进一步，就可以用它来研究治疗癌症。在科研上最热的，怎么来制造活性的器官，包括人工的皮肤、人工的角膜、心脏的瓣膜，以及人工肝、人工肾、人工心脏，这些前景都是非常远大的。 当然，路也还是很长，因为涉及到方方面面，尤其是对人体的一些影响。我们不能光看正面的，还要考虑有没有负面的影响，所以要经过大量的临床验证，取得大量的数据。 韩晶： 打印活体的器官，是不是意味着，将来人的某一个脏器得了癌症，我通过3D打印来造出一个新的脏器，把病变的脏器替换掉就可以了？ 卢秉恒： 对，完全是可能的。 韩晶： 这让我联想到Facebook的创始人扎克伯格，还有《从0到1》的作者，他们都对人类的延长寿命充满信心，甚至他们预言说，“长生不老”可以在本世纪实现。对于这一点，您是怎么看的？如果说当生物3D打印技术跟其它的一些先进医疗手段相结合，人类对疾病和衰老的克服，是不是在不远的将来就能实现呢？ 卢秉恒： 人体的衰老的延缓，以及人有没有可能实现很长的寿命，这个主要还有待于基因科学的研究。人因为在生活中的各种遭遇，有的是局部的病变，有的是创伤，我们的一些器官可能会遭受损伤。这个时候，3D打印就为“再生医学”开辟了一条非常好的路。我们就可以制造出一些活体的器官，这与基因科学的研究，应该是相辅相成的。我们是让各个器官都能健康地活着，万一有什么问题，我再重新修补一个。所以这么一来，不仅能使得寿命延长，而且能够使各个器官能够健康地工作着，处于一个健康的生存状态。 韩晶： 前景非常令人着迷。很多好莱坞电影里也出现过比方说未来的一些“生化人”或者说“合成人”，他们也被称为“加强人”。就是把人体原生的一部分器官，跟通过3D打印也好、其它手段也好，制造出来的更有力量的一些器官结合在一起，从而使人变得更强悍。我上次采访时是哪位老师说的，他说霍金如果活在未来的话，其实只需要他的大脑是他自己的，身体的其他部分都是可以替换的。您觉得如果要实现这一步，大概需要多久？ 卢秉恒： 我想，局部的器官再造，应该在10到20年内可以实现突破，而且能够应用。但是，能否和原来的大脑整合起来，可能还需要做更深入的研究。如果让一个肝脏、一个心脏保持活动，是一回事，让它能够受更复杂的一些控制，受大脑的控制，受情绪的控制，可能还要更深入的研究。 现在的医学研究已经发现，人的寿命主要是靠情绪影响的，这就是一个很复杂的高级的生理过程。而现在我们研究的再生器官，还是一个低层次的生物过程。怎么和人的大脑真正地更好地合作，还要做更深入的研究。除此之外，它会不会还有伦理学的一些问题，这可能也需要人类进行深入考虑。 韩晶： 3D打印技术，这些年来也不断推动了材料的变革，就拿人工植入的骨骼来说，我们一开始用的是钛合金，但是现在我知道用的是PEEK材料，也就是聚醚醚酮。您是怎么看待3D打印与材料变革的？ 卢秉恒： 材料是在不断地发展的，同时3D打印工艺也在不断地向前推进。以前用钛合金，是因为生物相容性好，不会引起副作用。但是，在替代某些器官中，就会发现问题。例如我们的牙齿用钛合金做，让人看着总是个假牙，不太美观，心理上就会受到一种压力。 还有，例如我们的头盖骨，如果受伤了，用钛合金把它修补起来，但是，钛合金的导热性能不一样，因为金属导热很快，而这个又靠近头皮，对环境温度比较敏感，这么一来，他老是感到头皮这儿凉飕飕的，这肯定不是一个舒服的感觉。 而像PEEK材料（聚醚醚酮），就没有这个问题。它的导热性能和我们人体本来的骨骼相差不多，强度又非常好，当然比金属还是差一点，但是对于我们人体的一些骨骼的替代，是完全可以的。 韩晶： 我们现在已经有了4D打印，如果3D是一个空间概念，那么4D是不是空间在加上一个时间维度呢？ 卢秉恒： 4D打印本质上，是用一种智能材料来进行3D打印。智能材料是什么意思呢？就是当环境发生变化以后，它的形状也会发生变化。例如，温度的变化，它就引起变化；或者磁场发生了变化，它也会引起变化。这有什么好处呢？ 一个是我们一些机械的零件。我可能一个容器先做好了，但是我里面还要安装复杂的管道，但因为容器的口很小，我装不进去，怎么办呢？我就用4D打印，先打印出一根线材，这就很容易放进去了。然后改变它的温度，或者用电磁场进行诱导，诱导这根线材变成我们设计的那种弯弯曲曲的形状。这么一来，就把一个不容易装进去的复杂的大东西，变成一个小的东西装进去，然后再进行变形，然后恢复它的功能。 同时，有了4D打印，我们可能在打印设备上也可以简化。我把它打印成一根直线，打印成一个平面，二维的东西，然后通过环境的变化，把它变成一个三维的形状，这就是4D打印的优势。 韩晶： 第一次在西安交大采访您的时候，您给我分享了您的太空3D打印之梦。那么今天，能不能给更多的观众也分享一下？ 卢秉恒： 我们把空间站建在太空，或者我们到其它星球上去做一些工作，所需要的设备、零件就会有磨损、有损坏，我们怎么办呢？一个办法是从地球上打印好，发射到太空，这样发射的成本就会很高。那我不如把一个3D打印的设备发射到空间站，空间站有需求，我就直接打印一个零件出来，及时更换上去。这样一来，代价就小得多。 太空3D打印有很多困难，但是，太空打印也有很多优势。太空没有重力，我们在地球上要制造一个好比10米长的东西，我们机器的工作台可能要超过10米才行。制造大东西就需要大的装备，费用会很高。但是在太空中，我就可以用一个小的设备打印出大的东西。因为太空没有重力，打印出来的零件就不会变形，也不需要支撑，这就带来了很多方便。 我可以用3D打印技术建造空间的太阳能电站，因为在空间，太阳能是非常纯净的，没有地球上空气的遮挡，所以太阳能电池发电的效率，能比地球上高出5倍以上，这当然是非常有利的。所以我在太空中，用3D打印的办法打印出一个巨型的太阳能电站，这样我们就可以得到很多能量。 这么一来，我在太空就可以有很廉价的能量，去制造很大的东西；这么一来，我们是不是就可以把地球上的一些制造活动，都搬到太空中去了呢?这么一来，太空的空间、太空的能量我都可以利用了，我仅仅发射一些粉末材料或者素材到太空，然后我可能就会有高速的列车或者大飞机。我在太空将这些东西打印好之后，就缓慢地降落在地上，供我们地上的人使用。 这样，我们就大大节约了在地球上制造活动所需要的能量，节约了很大的空间。节约下来的空间，我们可以建高档的住宅，来进行绿化，改变我们的生态。我觉得这个可能性是存在的，所以我愿意为了这个梦想，带领年轻人一起去做这个工作！ 韩晶： 这真是一个非常诱人的梦想，希望梦想能够早日实现！非常感谢！ 《超级装备》第二季（共五集），聚焦中国能源、医疗、基建、交通、救援五大领域最前沿的18个尖端装备，展现几代装备人的伟大创造和艰辛付出，反映中国在建设现代化国家征途中取得的非凡进步。   该片由中央广播电视总台影视剧纪录片中心出品，国务院国资委、国家卫生健康委、交通运输部、国家能源局、中国工业经济联合会协助拍摄。 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） 2.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 3.全球知名工业级3D打印企业2022财年收入及最新市值汇总 4.执着于高精度 | 先临天远发布“小个头”计量级手持三维扫描仪

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 金属增材制造 (AM) 技术在制造复杂零部件方面具有显著的优势，近些年发展非常迅猛。如果这项技术要成为行业中的普遍制造手段，制造零件的质量是一个需要解决的主要问题。在选区激光熔化 (SLM)中，有一部分初始粉末未熔化，因此需要对粉末进行多次回收利用，确保SLM技术发展的经济和环境可行性。近期西班牙莱昂大学的科研人员评估了由不同循环次数粉末打印的17-4PH不锈钢零件性能，相关研究成果发表于材料科学Top期刊《Journal of Materials Research and Technology》。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.12.089 粉末床熔融(PBF)工艺是使用金属粉末为原材料，通过增材制造技术(AM)逐层生产制备零件。对于金属零件的制造，该技术包括直接金属激光沉积(DMLS)、选区激光烧结(SLS)、选区激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)工艺。在这些工艺中，沉积在基建板上的金属粉末层被烧结或熔化，在完成样品打印制造过程后，剩余的粉末（未熔化的粉末）被吸出并筛分加以重复使用，以确保该过程的经济和环境可行性。重复使用金属粉末是改善增材制造经济性的可行策略。循环使用粉末可以直接节省增材制造成本，使增材制造技术更具竞争力，并且能够更广泛的在不同领域使用这项技术。目前的研究已经表明，随着粉末回收次数的增加，打印零件的可重复性已经得到改善。  PBF制造中金属粉末的再利用过程是确保最终零件质量的重要因素。目前已经探究了在惰性氩气氛和高激光功率（约200W）加工条件下循环使用17-4PH不锈钢粉末制造的SLM零件。然而对于在惰性氮气氛中使用低激光功率使用17-4PH粉末对SLM加工的零件质量的影响尚未被探究过。因此研究主要探究了回收17-4PH不锈钢粉末对制造零件质量的影响，重点探究了使用原始状态(P0)和重复使用20次(P20)的17-4PH不锈钢粉末，SLM制备样品的质量。 研究结果表明，对于原始粉末制备的零件，孔径在0.5和6535μm2之间，平均值为82μm2，而P20零件的孔径在0.5和4542μm2之间变化，平均值为50μm2。随着孔径的减小，孔的数量和圆度都增加。总孔隙率在原材料重复使用20次后减少了0.16%，致密度从98.82%(P0)变为98.98%(P20)。P0样品中粗糙度Ra和Rt的平均值分别为12μm和92.57μm，P20样品中分别为9.75μm和80.81μm。两种粉末条件（P0和P20）的微观结构分析没有显着差异。随着金属粉末的重复利用，观察到γ相略有增加。金属粉末重复使用对拉伸性能和硬度都有轻微影响。UTS随着粉末的再利用而增加，P0达到984MPa，P20部分达到1038MPa。另一方面，随着粉末再利用，YS从859MPa降低到770MPa，面积收缩率略微增加。这些结果表明，SLM 零件的延展性随着粉末的再利用而增加，因此硬度降低，P0样品达到336HV，P20样品达到320HV。   粉末SEM图像：（a）P0及（b） P20. P0和 P20状态下粉末粒度分布 XRD结果为P0和P20粉末使用SLM制备17-4 PH不锈钢样品 孔圆度与孔径的关系孔数与孔径的关系 粗糙度结果 硬度结果拉伸试验P0和P20样品 拉伸断口：（a） P0；（b） P20样品  总之，在SLM增材制造工艺中，建议重复使用17-4PH不锈钢粉末，以确保工艺的经济和环境可行性。重复使用的粉末（即使使用 20 次后）以及重复使用的粉末和原始粉末的混合物都可以使用，而不会显着影响打印零件的特性。在未来的工作中，作者团队将会继续评估SLM工艺参数和SLM后处理（机械和热处理）对打印零件性能的影响，以优化整个制造过程。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.五千字分享：NASA采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验 2.过程中断对SLM制造316L不锈钢力学性能的影响 3.过程中断对3D打印的Ti-6Al-4V力学性能的影响 4.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求

导读：对于航天发射来说，出现故障导致发射失败是常有的事情，尤其是在研制之初。然而，由于火箭发动机已经再以接近性能极限的方式运行，了解故障的原因至关重要。在竞争激烈的商业航天业务中，分享经验教训的现象非常鲜见。而NASA却不断有新的知识分享，本期内容将介绍NASA材料和增材制造副技术研究员Alison Park和首席工程师Paul Gradl对采用3D打印研制的火箭发动机一次故障的见解。   20世纪60年代，阿波罗计划将人类送上月球，用牛皮纸绘图桌和手工机器制作零件的时代的工程师们会如何看待各种增材制造技术在火箭推进系统设计和开发中的普及？当团队试图同时理解太空飞行和硬件设计的复杂物理过程时，多次开发的火箭发动机故障还会发生吗？如果他们有增材制造技术，他们能更快的执行设计-故障修复吗？然而，即使3D打印的优势在设计、测试和生产中完全实现，火箭发动机的物理仍然具有挑战性。火箭发动机必须在极端的环境中工作：如果有可能出错，它就会出错。因此，系统实现重要的基础、过程控制和关键集成需求是必要的。显而易见的是，设计、制造和组装复杂火箭推进系统的部件涉及大量资源——时间、资金和技能——以实现最终目标，这始终都是为了安全成功的完成任务。NASA马歇尔太空飞行中心正在充分利用3D打印技术用于火箭推进系统，以减少测试时间和设计-故障-修复周期的迭代NASA马歇尔太空飞行中心目前正在充分利用3D打印技术用于火箭推进系统，以减少测试时间和设计故障修复周期的迭代。3D打印在火箭上的其他优势已经实现，包括降低总体成本、加快进度，零件整合，实现复杂特征制造，以及使用新型合金来提高性能。NASA改变游戏规则开发计划下的“长寿命增材制造组件项目（LLAMA）”就是帮助推进该技术成熟的努力。 51次的成功之后发生失败 该项目的目的是评估激光束粉末床熔融工艺(PBF-LB)与GRCop-42(铜铬铌)合金用于制造高占空比火箭燃烧室组件的可行性。任务包括开发和完善PBF-LB工艺和GRCop-42合金，进行硬件设计和分析，管理硬件需求的采购和集成，以及对子组件进行一系列热测试，高温系列测试的目标是在单个燃烧室组件上满足至少50次启动。一个典型的用于化学推进的火箭推力室组件(TCA)有三个主要的子组件：喷射器、燃烧室和排气喷嘴。TCA的功能仅仅是通过提供燃烧并将热能转化为动能来产生推力。对于高性能高压发动机系统，燃烧室和排气喷嘴通常采用复杂的内部冷却进行再生冷却。 在LLAMA项目下测试的硬件 燃烧气体温度可接近3300°C，压力可经常超过50bar。如果不使用系统中的推进剂主动冷却腔壁，腔室几乎会在瞬间熔化；但这推力室的壁厚很薄，这对传统制造来说是个挑战。这是引入3D打印技术的一个巨大机会，为推力室创造这些具有良好特征的复杂冷却通道，已经成为商业航天领域的普遍做法。喷射器也不是一个简单的零件，采用传统制造通常包含数百个焊接在一起的部件，3D打印简化了其结构。再生冷却喷嘴在冷却壁和燃烧室方面面临着类似的挑战，但必须大规模制造。LLAMA项目开始设计和测试所有这些3D打印组件，使用PBF-LB制造注射器和燃烧室，使用激光束粉末定向能力沉积制造再生冷却喷嘴。 LLAMA项目中3D打印的GRCop-42燃烧室和C-C喷嘴的成功进行热测试燃烧室选用的合金为GRCop-42，其具有良好的材料性能，如高导热系数，高抗蠕变性能，延长的低周疲劳寿命，增强的抗氧化性能，能够在接近800°C的高温下具有较高的拉伸强度。在使用PBF-LB工艺进行加工时，这些材料属性仍然保持。该材料在2019年开发成功后，已成为推力室组件制造的首选合金。NASA对多个使用GRCop-42和GRCop-84制造的燃烧室成功进行了的热火测试，累计超过40000秒，启动次数超过1100次。其中包括单个推力为10千牛的GRCop-42燃烧室，累计启动次数超过188次，时间超过8030秒。  LLAMA项目成功测试的一个推力室获得了51个满足项目的指标，这一成功促使团队测试第二个腔室，它与成功测试的上一个腔室在相同的建造板上制造，使用相同的加工步骤。该测试有望提供关于重复性和性能指标的更多过程数据。2021年2月，NASA启动了一系列测试，同样的条件也在第二个腔室中运行，并成功测试了8次，但之后一个实验性的C-C喷嘴出现了故障，并最终被火焰吞没。实验人员按照正确的指令顺序关闭测试程序，发现推力室断成了两截。 第九次测试中GRCop-42腔室测试失败  测试关闭后断开的腔室深入评估失败原因 这一异常测试的发生促使了深入的工艺评估。评估考察了测试过程、排序、硬件、3D打印构建过程、检查和其他记录的所有方面，在高速视频中观察到一个可视裂缝和泄漏。评估的第一步是收集燃烧室加工步骤的历史，包括粉末给料、3D打印制造工艺和建造后工艺，包括热等静压(HIP)、加工、清洗和检查数据。这个腔室与其他三个一起建造——其中两个是相同的建造模型——在同一个建造板上制造。“双生”燃烧室刚刚完成了广泛的高温系列测试，累积了51次启动和近1000秒的时间。 燃烧室泄漏的瞬间对构建记录的进一步调查显示了关于这四个腔室的一些重要信息，在制造过程中既有有意的也有无意的制造中断。这些中断的历史在零件表面留下了层纹，除了这些中断之外，构建记录表明没有异常，HIP参数是正确的，其他后处理操作都符合预期。构建中断引起怀疑 层纹被定义为3D打印零件表面上与构建平面平行运行的清晰可区分的线，这是由层扫描时间(零件可能会冷却)和层厚度的变化引起的，通常在构建停止和中断期间形成。测量了每条可见层纹的高度，并与指示构建停止的切片层位置一致。虽然层纹与其他表面看起来相似，但形成的机制完全不同。 三个腔室来自同一次构建：箭头1和2表示停电，箭头3和箭头4表示排空溢流；1号腔室(C1)没有测试，2号(C2)是测试断开的腔室，3号 (C3)测试成功51次例如，PBF-LB机器冲入保护气体的过程导致每个部件暴露在开放的空气中不到60分钟（猜测可能有其他原因导致中途充气）；在电源故障导致构建中断的情况下，PBF-LB构建室保持密封，但没有主动清洗腔室气氛。停电中断的时间分别为10分钟和120分钟。第二次构建中断位于腔室的桶形部分，测试腔室断开的位置与层切片精确相关，因此受到了很多关注。该团队使用了与故障腔室一起额外制造的C1腔室来帮助评估材料和加工过程。未测试腔室允许对精确的层纹位置进行表征，以确定缺陷、微观结构、化学和机械测试，从而了解故障并提供大量数据。对测试断裂的C2失效腔室的断裂表面进行评估，当第一次用肉眼观察时，很明显断裂面是平面的，但有两个明显的区域轻微变形为杯状。这些“杯状”区域大致位于首次观察到泄漏的圆周位置。在光学显微镜下，断口表面显示扫描模式为平行线穿过表面。这可能表明，在这条层纹上的重新构建造成了粒子之间严重缺乏熔合，这可能导致力学性能降低。在扫描电子显微镜下，由于较高的孔隙率和缺乏粉末颗粒熔合，断口表面表现出不规则的孔隙形状和较低的变形程度。通过电感耦合等离子体和惰性气体聚变进行的化学分析表明，该腔室的氧含量和铬/铌比略高于规范要求。众所周知，过量的氧气会降低电导率、高温强度和抗蠕变性能，导致疲劳裂纹萌生部位。模拟结果加深疑虑 为了完全回答这些类型的建造中断和重新启动是如何导致层纹处机械性能下降的，直接从腔室中提取了微拉伸试样。除了这些样品外，还构建了模拟的建造中断样品，模拟停电环境和时间，以及其他事件和时间。从这些模拟样品中，进行了拉伸和低周疲劳力学测试，以确定构建中断和重启的影响。在腔室层纹(C1)切除的微拉伸试样表明，与腔室的其余部分相比，其孔隙率接近2%。与GRCop-42的典型PBF-LB构建中观察到的接近100%的密度相比，即使是0.5%的孔隙率也非常高。从腔室中取出切片并采集光学显微镜图像，可以明显看出，该材料具有较高的随机分布的孔隙，同时在层纹周围孔隙度的聚集。  从未测试腔室层纹位置取出的微拉伸标本微拉伸测试结果显示，与在不受层纹影响的区域采集的对照样品相比，极限拉伸强度(UTS)降低了30%，失效应变也降低了80%，表明材料处于脆性状态。这可能会导致层纹的承重能力下降，以及循环应变降低。实验室内的拉伸测试数据最初让研究小组相信，建造中断可能会导致性能下降，但来自模拟建造中断样本的拉伸测试数据却是一个不同的结果。在断电和充气情况下，模拟试样的平均拉伸数据与对照试样几乎相同。 极限强度(UTS)、屈服强度(YS)和延伸率无显著差异，试样的密度接近100%，拉伸性能良好疲劳测试也表明不同类型的重启和控制样品之间的疲劳寿命没有差异。该模拟样本数据证实，在适当的重新启动程序后，显示层纹的部件并不一定会减弱材料性能。可能还有其他操作或工艺敏感的因素导致了层纹处孔隙度的增加。带有层纹的模拟样品和对照样品与预期的韧性破坏断口面一致：典型的杯状和锥状。微拉伸样品作为对照，来自一个没有层纹的区域，也显示了破裂前的变形和颈缩。C1腔室微拉伸试样断口层纹显示，断口呈高颗粒状，但变形较小，断口有大量未熔化的粉末颗粒，气孔不规则，可见扫描/熔融模式。这表明，观察到的孔隙度是由于缺乏熔合和没有足够的能量来完全熔化粉末并与上一层良好结合。这一观察结果让团队不安，因为所有构建记录都表明机器运行正常。使用的PBF-LB参数和硬件之前已经使用相同的GRCop-42合金建造了数十个燃烧室，这些燃烧室的密度接近100%，并成功测试。失效评估结果 这次评估的结果表明了导致腔室失效的几个因素：在构建中断线处有大量的孔洞，在HIP过程中，由于尺寸太大没有完全闭合，这减少了层纹周围的承载面积。这种承载面积的减少，加上这些表面的热疲劳和结构疲劳，导致了热测试期间的过载。试验腔室中的孔隙率总体上比GRCop-42的典型PBF-LB构建高得多，还观察到孔隙率随着构建的高度而增加。总结经验 任何用户为零件生产准备的开发路径将根据项目的需求和最终目标而有所不同。它可能是用于迭代设计原型的早期开发部分，也可能是用于载人航天的关键组件。无论路径可能是什么，本行业可以从NASA的经验教训获得对整个增材制造过程更多的解。参数、原料或其他工艺的微小变化都会影响零件的完整性。NASA正在研究各种3D打印工艺，并正在使用它们生产用于开发关键的航天应用组件。NASA还与商业伙伴合作，将相关设计和部件用于航天器和运载火箭系统。因此，NASA主张用于生产3D打印组件的材料和工艺的资格和认证对其安全使用至关重要。为了支持3D打印工艺和材料的认证，NASA制定了一项名为NASA- std -6030“航天系统增材制造要求”的技术标准，该标准为3D打印硬件的开发和生产建立了政策框架。NASA-STD-6030的主要理念是认识到3D打印材料是高度工艺敏感的，因此良好的基础工艺控制逻辑为可靠的零件设计和生产提供了基础。为了确保足够的质量，在开始“适合飞行”的生产水平之前，这些工艺开发和定义活动是必要的。虽然在这次试验系列活动中，LLAMA腔室不符合NASASTD-6030的要求，但测试失败说明了NASA-STD-6030中建立的几个要求背后的基本原理。该失效腔室为稳健工艺开发和深入的材料性能评估提供了极好的案例研究。构建重新启动对当前的设备和保障能力来说可能是不可避免的，NASA-STD-6030引入了一些与流程重启相关的要求，因为构建中断可能与相对于流程名义上的稳态操作的有害物质缺陷的更高风险相关。因此，如果组件允许重新构建，那么为每种合金开发合适的构建重新启动程序并记录是至关重要的。重启程序应包括但不限于记录停止的原因，最大允许停止时间，搭建平台冷却限制，位置、以及最后一部分层的条件。适当的重新启动研究包括机械测试数据和微观结构特征，破坏性物品评估，视觉和体积检查，以及现场监测系统数据。这为团队提供了必要的信息，以确保重新启动过程的可迁移性到所需的组件几何结构。在构建开始之前，应该就标准和合格程序的列表达成一致。如果在飞行硬件生产环境中发生了计划外的构建中断，这些中断事件需要被记录下来，并在构建生产中作为不符合项进行处理。关于LLAMA腔室，虽然这些部件是在非飞行硬件生产环境中制造的，但如果在重新启动之间对腔室的层纹进行了预先测试检查或进行了一些原位无损评估，则可以发现明显的缺乏熔合缺陷。然而，对顶部和底部层纹的观察，仅显示出轻微的几何偏移，并且没有表面连接的孔隙度，零件可能“可用”。这说明了制造高价值/关键任务组件所需的仔细和严格的实践，特别是如果想排除未检测到的故障模式，防止潜在的灾难性后果。LLAMA项目证明了一点，尽管团队最初对一个腔室进行了51次测试，以达到项目目标。在设计、分析、制造、组装和工艺规划方面的所有艰苦工作都在测试台上达到顶峰，最终仍然存在失败的可能。但成功与失败仍然要分开看，经验教训的总结是为了走向最终的成功。 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漫格科技近日受邀参加首届核能增材制造高端技术论坛，并宣布加入中国增材制造产业联盟核能工作组，将为促进中国核能增材制造研发应用的发展贡献力量。 作为专注于3D打印软件研发和创新的企业，漫格科技在增材制造领域具有深厚的技术积累和丰富的实践经验。漫格科技此次加入中国增材制造产业联盟核能工作组，将拓展漫格科技的核能增材制造应用，也为中国核能增材制造的软件技术创新注入了新的动力。 中国增材制造产业联盟核能工作组由50余家增材制造装备制造企业和高校组成，旨在整合利用国内外核能增材制研发资源，打通核能增材制造产品研发流程及数字链路，推进核能领域增材产品研发应用，提升构建核级增材产品鉴定及标准化体系并培养一批核能领域增材制造人才，推进中国核能产业的健康发展。公众号：增材制造产业联盟前沿创新赋能核动力，中国增材制造产业联盟核能工作组在核动力院设立 作为工作组中唯一家专注于3D打印软件企业，漫格科技的加入，填补了核工业智能制造的重要空白，将作为软件系统，为增材制造敏捷创新中心构建全周期软件平台，产品数字仓库，实现与数字化反应堆的无缝衔接，为推进我国核能事业的发展做出新的贡献。 关于【Voxeldance Additive】软件 【Voxeldance Additive】 是一款专业的3D打印软件，能为DLP/SLA/SLS/SLM等多种技术的打印机完成数据准备，功能覆盖了3D打印数据准备的完整流程，包括导入，模型修复，模型编辑，2D/3D嵌套摆放，支撑生成，切片,路径填充等。   覆盖了齿科、医疗、珠宝、教育、工业模具、 汽车、航天航空、手板、鞋模、树脂，消费品等主流3D打印应用领域。全球越来越多的增材制造顶尖厂商、服务商已选择与VoxelDance深度合作，联合探索3D打印技术各个应用领域的创新和发展。 现在【Voxeldance Additive】提供1个月的免费试用，长按、识别下方二维码后，申请试用。 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.聚焦应用丨报名深圳「金属增材，升级生产力」研讨会 2.执着于高精度 | 先临天远发布“小个头”计量级手持三维扫描仪 3.3D打印为制造高质量难熔合金提供多种有效解决方案 4.国产3D打印数据准备软件重磅发布新版本，助力2万用户效率提升

近日，3D打印技术参考注意到西交大新闻网刊发了一篇题为《科技自立自强，西安交大金属增材制造科研团队在新型熔滴+电弧增材制造铝合金研究方面取得新进展》的文章，展示了该校魏正英教授团队的最新研究成果。 笔者查询了作者团队发表的论文原文，文章提到，铝合金因具比强度高、高导热、来源广、成本低等优点，成为汽车、航空航天、轨道交通等多领域应用最广泛的金属材料之一。随着增材制造技术的快速发展，多种类型的金属3D打印技术被用于铝合金成型研究和应用，其中以激光和电弧增材制造最为突出。  对比两种热源的3D打印技术，激光粉末床熔融技术在制造中小尺寸、高复杂、高精度零件方面具有显著优势，但由于材料本身所固有的高导热、高反射和易氧化等特点使其难以借助激光实现高效沉积。3D打印技术参考在《铝合金大尺寸构件3D打印一体化制造的需求、限制因素及进展》一文中进行过详细描述。  电弧增材制造相比激光在铝合金3D打印方面具有显著优势，尤其体现在大型构件制造方面。3D打印技术参考已经观察到众多的应用案例，如波音公司已经扩大了与澳大利亚金属3D打印公司AML3D的合作，借助电弧3D打印大型铝合金构件；前不久，西工大刊文指出林鑫教授团队铝合金电弧增材制造研究为我国航天提供了重要支持。总的来说，铝合金电弧增材制造正在引起越来越多的关注。 然而，电弧增材制造也有很多问题需要解决。根据西交大新闻网和论文原文的描述，当前研究普遍认为电弧本身不够稳定：沉积层磁场、气流和表面形貌都对电弧形态有显著影响。同时，丝弧之间的强耦合使材料添加和热输入匹配非常严格。电弧稳定性和材料传递模式是电弧增材制造的核心任务，打破传统电弧增材制造中丝弧之间的强耦合是解决上述问题的根本途径。  西安交大魏正英教授金属增材制造科研团队研究比较了电弧增材GMA-AM（气体金属电弧增材制造）、激光-GMA混合制造、旁路耦合WAAM、气体钨丝电弧（GTA）增材等技术，提出一种新型熔滴+电弧增材制造方法（DAAM），实现了铝合金部件的高质量和高效率制造。  熔滴+电弧增材制造实验平台  在DAAM系统中，团队设计了一种特殊的熔滴发生系统来取代传统的送丝系统，使材料添加过程和弧热输入过程成为两个独立的部分。该研究采用变极性气体钨弧（VP-GTA）作为热源，选用2219铝合金作为沉积材料，首先分析了熔滴生成过程和熔滴+电弧沉积特性。然后提出一种热输入策略，实现具有良好形貌的薄壁构件的制备。在此基础上，研究了微观结构分布和晶粒形貌。最后，研究了不同工艺条件下的拉伸性能和断裂特性。 电弧增材制造2219铝合金薄壁件 DAAM薄壁样品典型晶粒形成示意图 相关研究成果以《一种新型的铝合金熔滴+电弧增材制造方法》（A novel droplet + arc additive manufacturing for aluminum alloy: Method, microstructure and mechanical properties）为题发表在增材制造顶刊Additive Manufacturing上。文章第一作者为西安交通大学机械工程学院硕博连读博士生贺鹏飞，作为新工艺平台的设计与研制及工艺负责人对新工艺研制成功做出了突出的贡献。  近年来，西安交通大学魏正英教授金属增材制造团队先后研究了多物理场耦合的金属增材过程的传热传质增材成形机理，对光/粉末耦合机制、熔滴与超常熔池冶金动力学行为进行研究，分析金属增材制造中熔化特性及凝固宏观形貌和微观组织特征；分析了多重热循环中应力变形机制，对金属增材形—性的一体化进行调控机制研究；研究了金属增材制造精度控制、性能预测和可视化测量反馈控制技术，利用自主研制的SLM平台进行了航天的金属选区融化技术研究。 针对轻质铝合金激光增材高效成形的难点，团队成功研制了颗粒增强铝基复合材料熔滴/电弧高效增材制造技术与设备，并建立了熔滴复合电弧3D打印成形系统和动态监视反馈的主动控制软硬件系统，实现了耐磨陶瓷颗粒增强铝基复合材料构件的熔滴/电弧高效增材制造。 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221486042200745X 注：本文部分内容参考西安交通大学新闻网。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.2023首篇Nature：哈佛大学多材料螺旋3D打印新方法 2.高性能铝合金3D打印粉末之宝航多级别材料与应用场景 3.视频：3D打印一站式软件如何完成结构优化、支撑设计与仿真并加快制造效率 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