近期，南方科技大学机械与能源工程系讲席教授朱强研究团队针对高机能金属材料的激光增材制造过程中热裂难题进行了系统研究并取得一系列研究进展，相继在Additive Manufacturing, Composite Part B: Engineering, Nano Materials Science等国际期刊上发表5篇论文。 作为一种先进的成形工艺，增材制造（又称3D打印）技术由于其在加工具有独特、复杂几何形貌产品方面的独特优势，已经广泛应用在航空航天、武器装备、汽车工业和电子等高端领域。而目前大部分金属材料由于打印过程中复杂的熔化和凝固动力学通常会导致有害的微观组织，如周期性裂纹与粗大柱状晶等，都无法直接用于激光增材制造。因此，开发出打印性良好、无裂纹且力学性能优异的金属材料是进一步推动增材制造应用的关键。2xxx系高强铝合金是汽车工业与航天航空领域应用最广泛的铝合金之一，但其凝固区间广，热裂倾向严重，因此成形难度较大。如何以低成本的方法在2xxx系铝合金粉末床激光熔融技术中实现裂纹的消除与性能的提高，对开发复杂轻量化产品具有重要的科学意义和应用价值。研究团队提出了一种添加低成本纳米氧化钛颗粒改性原始粉末的方法，以提高2219铝合金在增材制造过程中的成形性。在本设计中，通过氧化钛的铝热还原反应将在铝合金中具有高形状限制因子的钛原子弥散分布在铝基体中，从而显著地细化了晶粒并消除了裂纹。结果表明，改性后的2219铝合金的致密度高达99.97%，并呈现出晶粒尺寸双峰分布的微观组织。在力学性能上，添加纳米氧化钛颗粒后的2219铝合金在25~315℃范围内与2219锻造铝合金的拉伸强度相当，并明显高于通过其他增材制造方式成形的2219铝合金。该研究成果以“Laser powder bed fusion of nano-titania modified 2219 aluminium alloy with superior mechanical properties at both room and elevated temperatures: The significant impact of solute”为题发表在Additive Manufacturing上。图1增材制造2219铝合金致密度、微观组织与性能的优化7xxx系高强铝合金是铝合金中强度最高的一个系列，是国际上公认的航空主干材料，但也存在着热裂纹难以消除的难题，被认为是典型的不可焊接材料。研究团队提出了一种高效、便捷、可控性好的复合细化策略，实现了晶粒细小均匀、无明显裂纹、致密度高、力学性能优异的7050高强铝合金成形。在本设计中，不仅可以充分发挥纳米陶瓷TiN和合金元素Ti各自改善合金成形性、细化α(Al)的作用来细化晶粒、解决热裂问题，还能利用二者之间的协同效应进一步细化、强化合金，以显著地提高合金力学性能。采用复合细化剂的7050铝合金能获得平均尺寸为纳米级的超细晶粒，直接时效热处理后其极限抗拉强度可达408～618MPa，断后延伸率（EI）可达13.2～8.8%，高于绝大部分增材制造铝合金。该复合细化的理念为高强铝合金激光3D打印中的工业化应用提供理论指导和技术借鉴，并有望推广到其他可能的合金或加工领域，以实现更广泛的应用。该研究成果以“Novel approach to additively manufacture high-strength Al alloys by laser powder bed fusion through addition of hybrid grain refiners”为题发表在Additive Manufacturing上。 图2复合细化策略对增材制造7050高强铝合金晶粒细化作用与性能的优化 高温合金是指能在600°C以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，已广泛应用在以航空发动机为代表的高端领域，被誉为“现代工业皇冠上的明珠”。与高强铝合金类似，高性能高温合金通常也面临着热裂敏感性高、成形难度大等困难。镍基高温合金Inconel738LC（IN738LC）是一种γʹ沉淀强化合金，在800°C以上的温度仍有较为优异的力学性能、抗氧化性能以及热稳定性。由于其复杂的化学元素组成以及激光增材制造本身的复杂冶金过程，被认为是一种难焊接高温合金。研究团队首创了一种“纳米粗化剂”，在与商业IN738LC颗粒混合后进行选取激光熔化成形。使得打印材料裂纹被消除的同时，晶粒没有产生细化作用（与铝合金相反，对于高温下使用的合金，细化的组织往往不利）。其原理在于加入纳米级的氧化钇颗粒，在打印过程中原位与合金中的Al元素发生反应，生成细小的纳米级YAM（Y4Al2O9），该粒子的Y点位可与合金中的Zr原子发生替换，消除了Zr元素在晶界处的偏析，从而达到了消除裂纹的目的；另外，YAM粒子是一种优异的隔热粒子，可以有效的降低熔体的凝固速率，使得晶粒发生的粗化的作用。加入纳米级的氧化钇颗粒的IN738LC复合材料在850°C的屈服强度由615 ± 8 MPa提升到了633 ± 9 MPa，抗拉强度由714 ± 11 MPa提升到了773 ± 5 MPa。该研究成果以“Y2O3 nanoparticles decorated IN738LC superalloy manufactured by laser powder…

Sharon Tuvia是以色列一家专门从事航空及光电行业机械装配合零部件制造的企业。成立50多年来，该公司一直处于技术前沿。十年前，Sharon Tuvia公司决定投资增材制造技术并购买了第一台金属3D打印机，如今该公司已有近30％的业务基于增材制造，预计此数据在未来几年内将大幅增长。 本期内容，将讲述该公司如何将增材制造与传统加工技术相结合，实现公司的跨越式发展。 01整合所有技术未将增材制造作为传统技术的替代品 Sharon Tuvia公司结合了传统技术和增材制造技术，以生产复杂度高、精确度高的产品而闻名。该公司从并未将增材制造作为传统制造方式的完全替代品，而是努力寻找整合所有技术的最佳方式，充分利用每种技术带来的独特优势。 该公司首席执行官Yair Sharon表示，“人们使用增材制造的常见错误之一是试图用这一新技术生产同样的零件。其实不然，我们追求的是通过增材制造技术完成以往无法完成的工作，或利用增材制造独具竞争优势的方面。” Sharon Tuvia公司采用增材制造技术，在几个关键制造环节获得特定优势，包括原型零件、小批量零件和提高零件功能的复杂结构。 Sharon Tuvia公司近30％的业务基于金属增材制造 原型零件：即使最终批量生产将使用传统技术，增材制造也可以在很短的时间内准备好功能齐全的原型，使公司客户能够缩短产品上市时间，比竞争对手抢先一步。通过使用增材制造技术生产原型，公司可以确保仅为经过批准和测试的最终零部件创建模具，从而避免昂贵且耗时的模具修改过程。 小批量零件：对于小批量零件或定制零件，增材制造可提供最快且最具成本效益的解决方案。 提高零件性能的复杂结构：更好的散热、气流、冷却道或更轻的重量等增强零件属性的需求，只有通过复杂的几何形状才能实现。即使零件可以通过传统技术制造，其复杂的几何形状特征也使增材制造成为更具成本效益的选择。 02使用一站式集成软件满足传统制造经验丰富的CAD用户需求 对于集设计与制造为主要生产模式的企业，设计端与制造端往往会跨平台使用不同的软件，对于增材制造技术尤为明显。 在增材制造过程中的任何阶段对模型进行变更是Sharon Tuvia公司必须解决的常见要求。作为传统制造环境中经验丰富的CAD用户，基于历史记录，快速作出变更对设计过程来说司空见惯。这对于基于增材制造的一站式软件的需求则显得至关重要。 Sharon Tuvia公司的领导层在意识到增材制造益处的同时也注意到了多软件解决方案的大量迭代所造成的研发效率延误，因此一直希望找到新方法来改进增材制造繁琐的准备和优化过程，力求使其更有效率并实现更高效益。 使用3DXpert极大提升了Sharon Tuvia公司的开发和制造效率（支撑设计、工艺仿真与晶格设计） 3DXpert，是该公司寻求到的重要解决方案。Sharon Tuvia公司首席执行官表示，“我们从使用三种不同的软件解决方案转变为一种一站式集成软件解决方案，将设计与制造周期足足缩短了75％，我们不仅仅是将多个软件解决方案转变为一个，而是对整个工作流程进行了彻底的改变和简化。” 缩短3D打印准备和优化过程，从3D打印机获得最大输出对于公司的业务成果而言至关重要：“无论是打印机闲置等待设计过程的完成，还是打印需要较长时间才可完成的非优化结构——任何低效率都会对生产力和盈利能力产生直接影响。 03增材的细节设计、试制与批产的工艺侧重 增材制造提供的突破性优势之一是能够使用晶格结构来减轻零件的重量并在保持零件形状的同时提供更好的性能。同样，可以将特定表面纹理应用于零件的外表面。使用3DXpert晶格结构，Sharon Tuvia公司可实现更大的表面面积，同时将体积最小化以提高热性能。3DXpert提供了用于创建、编辑和查看晶格结构的极其强大而快速的工具，无需借助专用软件包。细节决定成败，增材制造也是同理。与传统减法制造工艺相比，增材制造以短时高效、设计灵活等优势改变了工业制造的游戏规则，而一些工作流程细节上的优化，可以大幅提升产能，在竞争中脱颖而出。 01. 设计时考虑生成 拓扑优化时考虑支撑情况 晶格设计时考虑生产工艺角度 02. 试制时考虑批产 仿真时考虑实际基板情况 支撑设计时考虑后续批量支撑生成 03. 批产时考虑自动化 为未来预留设计优化脚本自动化 为支撑预留自定义组别 12月15日14：00-15：00，Oqton堃腾智能制造将举办一场关于增材制造自动化设计与生产工艺设置的直播，届时将会有大量干货内容。 END 对设计师来说，重要的是调整他们的思维方式，思考如何设计3D打印结构，但同时又不能仅仅停留于设计。如果不了解打印方向、支撑设计和晶格结构对打印时间和成本的影响，往往很难对设计进行优化。 Sharon Tuvia公司表示：“3DXpert是一款真正的一站式软件解决方案，将3D打印流程的各个方面获得的专业知识整合到一个增材制造软件解决方案中。” 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.模具随形水路自动化设计：3DXpert减少50%生产时间 (含免费试用和操作教学) 2.增材制造研究机构鲁汶大学使用集成化的3DXpert来减少对其他软件的依赖 3.3D打印工程师的又一选择：3DXpert中文版30天免费试用+中文视频教程 4.展会暂缓 | Oqton公布先进的3D打印软件应用解决方案

近日，3D打印技术参考注意到，Desktop Metal于12月6日宣布已在全球安装了超过1100台“用于金属部件的3D打印系统”。国外有媒体介绍这些设备中有80%是粘结剂喷射3D打印设备，也有介绍表示80%是直接金属3D打印系统。但3D打印技术参考综合信息源认为，在当今已安装的所有金属增材制造系统中，80%是直接金属3D打印系统，即基于熔化成型的工艺。 Desktop Metal粘结剂喷射产品系列 鉴于粘结剂喷射技术短暂的发展历史，以及Desktop Metal的疯狂收购历程，其所宣称的上千台机器极有可能包括被收购公司此前已安装的设备。近期关于该公司最引人注目的销售业绩，是其在不到一年的时间内相继获得一家德国汽车客户总价值约1690万美元的粘结剂喷射系统订单。 “用于金属部件的3D打印系统”，这一含糊表述，意味着这些已安装的系统包含了该公司的多种工艺技术，包括用于铸造的粘结剂喷射砂型3D打印、基于烧结的粘结剂喷射和熔融挤出间接金属3D打印。 目前，该公司的3D打印技术，尤其是粘结剂喷射系统已被用于制造动力总成部件、液压系统、汽车内饰、石油和天然气以及航空航天和核领域的部件。Desktop Metal创始人兼首席执行官Ric Fulop表示：“作为3D打印中产量最高的工艺，粘结剂喷射真正能够助力实现大批量生产。” 对于粘结剂喷射机型，目前的产品组合包括： The Production System™P-50（生产级） The X160Pro™（生产级） The Production System™P-1 The InnoventX™（科研） The Shop System™（中量产） The Studio System™（挤出） S-Max® Pro（砂型） S-Max® Flex（砂型） 粘结剂喷射3D打印的砂模 粘结剂喷射3D打印的金属生坯零件 Exone粘结剂喷射3D打印最终烧结完成的金属零件 粘结剂喷射技术与市场上其他3D打印工艺的区别在于生产的可扩展性和金属零件制造成本的降低，使其在扩大增材制造采用方面更具吸引力。然而，就如3D打印技术参考在此前已经解释过的那样，对于粘结剂喷射金属3D打印技术，在尝试使用该技术时必须要考虑整个工艺链，因为采用该技术生产零件时存在固有的挑战，且主要与烧结工艺有关。 粘结剂喷射技术整个工艺链涉及的问题 粘结剂喷射金属3D打印技术对材料、粘结剂以及打印工艺（包括粘结剂的喷射量、粉末中的压力分布、沉积时间等）、烧结制度、零件设计等等有着重要的依赖关系，技术含量并不比其他金属3D打印技术低。与此同时，该技术所制备的零部件存在两个主要缺点：一个是在烧结过程中零件的非各向同性收缩问题；另一个是由于零件重量与烧结制度匹配不佳所带来的潜在变形问题，这会限制所能成型的最大零件尺寸。此外，还有一个不可忽视的因素是设备成本问题，后工艺阶段的脱脂烧结炉，可能比3D打印机贵的多。 Desktop Metal在简化复杂流程方面投入巨资，以提高金属零件的生产力和产量，而不需要操作员的过度参与。Desktop Metal开发的Live Sinter程序，集成了广泛的材料学知识，使用多物理引擎能够模拟烧结过程中复杂的力和变形，能够在几分钟内生成“负偏移”的几何形状，使烧结后的零件与其设计相符合。 除这些因素外，该工艺还必须保证在快速去除松散粉末的同时还能保持零件具有足够的生坯强度来保持特征形状，这是实现工业化生产和自动化的重要条件。不过，从Desktop Metal宣传视频中，似乎在解决该问题方面取得了重大进步。 粘结剂喷射金属3D打印技术能够达到铸件零件的性能，能够满足一些应用场景下的最终用途，对于重要的位置也可与其他金属3D打印工艺一样采用精加工。对于粘结剂喷射金属3D打印，虽然打印过程不需要支撑，但很多情况下为了避免烧结缺陷，需要改变零件设计，例如在需要开孔的位置设置为实体等。在这种情况下必要的CNC加工是必备的。 利勃海尔采用Shop System™制造的零件 自2022年开始，Desktop Metal宣布与SolidCAM合作，将其CNC加工流程深入集成到粘结剂喷射金属3D打印的后处理过程中。除此之外，额外的加工处理，可以实现非常高的表面精度。在零件设计之初，结合零件本身特点，还可以直接设计出符合粘结剂喷射工艺烧结规律的零件CNC加工所需要的夹具，这对于后续的加工同样有意义。 但无论如何，粘结剂喷射金属3D打印已经在很多行业有着广泛的应用，在未来的几年中更会继续成为被关注的焦点，在实际应用中则更需要考虑整个工艺链。 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.弥补短板，MIM制造商将粘结剂喷射金属3D打印技术纳入生产体系 2.2020-2023，粘结剂喷射金属3D打印批量制造技术迅猛发展 3.GE Additive表明旗下粘结剂喷射金属3D打印技术的发展战略 4.ExOne保障粘结剂喷射金属3D打印高质量、可重复制造的关键要素

直播倒计时 Stratasys双12材料钜惠嘉年华即将开场 惊喜折扣抽奖、大咖解读分享都已备齐 恭候用户的到来 扫描下方二维码 即可报名预约今晚的直播间活动 直播时间：12月12日18:00-20:20 大咖解读+技术干货 众所周知，FDM和PolyJet技术是Stratasys两大“看家”法宝，在汽车、航空航天、医疗等不同领域积累了丰富“实战”经验，坐镇本次直播间的分享嘉宾来自Stratasys王牌技术团队及客户销售团队，将为大家生动讲解技术、材料、应用案例。 惊喜折扣+多重抽奖 （本活动最终解释权归Stratasys所有） 今晚直播间将随机掉落支撑材料折扣红包，欢迎大家一起拼手速、拼RP！经过资格审核后购买指定材料*，满额即可使用相应的支撑材料抵扣券——满¥20000可获得¥2000支撑材料抵扣券、满¥30000可获得¥3000支撑材料抵扣券。 *指定材料包括：FDM材料 - Nylon 12CF（SR-110）、Ultem 9085（SUP8500B）、Ultem 1010（SUP9000B）、PC（SR-110）、 PC-ABS（SR-110）；以及PolyJet材料- VeroUltra（705B/706B）、VeroVivid（705B/706B）*支撑材料折扣券使用条件 拥有所购买材料的对应Stratasys 3D打印机，并完成序列号认证 打印材料需在2022年12月26日前付款下单 仅Stratasys终端用户可参与此活动 此外，在多达5轮的抽奖环节中，Stratasys还特别准备了侏罗纪公园3D打印象蚊琥珀模型*、重力女孩、多功能无线充电器、即热烧水器、以及天猫超市购物卡等重磅礼物！ 侏罗纪公园3D打印象蚊琥珀模型目前处于预售阶段，礼品发货时间可能延迟，敬请谅解 机会难得，年内最后一次力度空前的材料钜惠嘉年华，万事俱备，只差你的参与！ 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.长文干货 | 推动3D打印用于汽车行业制造的关键因素 2.讲述两大3D打印技术应用+材料大促 | Stratasys中国年末重磅活动 3.高效完成结构损伤测量，高精度三维扫描助力飞机精准放行 4.装机逾500台、21个国家！汉邦科技在上海临港建设金属3D打印新厂房

近期，先临三维助力西门子智能制造成都创新中心增材实验室，向用户展示从3D扫描、智能设计再到增材制造的完整解决方案，加快推进中国制造业智能化改造和数字化转型。 西门子智能制造成都创新中心 随着新一轮科技革命和产业变革发展，信息技术和制造业的融合发展成为一大趋势。为更好地对接智能制造，2019年西门子携手成都高新区政府建立西门子智能制造成都创新中心，通过建设智能制造能力中心，智能制造专业实验室，行业解决方案研究中心，人才培养中心等平台，探索数字化的创新模式，推动客户数字化工厂解决方案的落地。 创新中心闭环及增材制造实验室 先临三维高精度三维视觉产品展示 此次先临三维产品展示区所在的闭环及增材制造实验室模块，是通过高精度三维扫描技术获取产品的三维数据模型，在产品研发设计与生产制造之间建立共享的高精度三维数据模型来实现闭环。基于此，先临三维在该模块展示了旗下自研产品FreeScan UE Pro多功能激光手持三维扫描仪、AccuFab L4K高精度光固化3D打印机等，为制造企业打通数据采集到生产制造流程提供有力的数字技术手段支持。 01手持式激光三维扫描仪灵活应用于小中大型检测场景  FreeScan UE Pro 多功能激光手持三维扫描仪保持高精度、稳定的重复精度以及轻量化设计等标志性特点的同时，提升精细扫描以及大型工件扫描全局精度控制的能力，采用26+5+1条蓝色激光线组合并集成摄影测量模块，兼顾速度、精度和细节，将为用户提供可适用不同尺寸扫描场景的技术方案，进行计量级精度检测、逆向设计、增材制造及其他应用。   02高精度光固化3D打印机提升原型设计效率，缩短新品开发周期 AccuFab-L4K高精度光固化3D打印机是先临三维自主研发的高品质3D打印机，拥有4K高分辨率、192×120×180mm的成型尺寸，具备稳定、准确的打印精度，并支持连续稳定打印，能够实现设计原型的快速迭代以及小批量快速生产，可应用于工业设计、零配件/手办/医疗辅具打印等众多专业领域。   03深化合作，聚势共赢推动3D数字设计制造的普及应用先临三维作为西门子工业软件的战略合作伙伴，多年来不断深入合作领域、升华合作模式，致力推动3D数字设计制造的普及应用。双方发挥各自硬件和软件技术整合优势，所推出的“3D扫描—智能设计—3D打印—3D检测”高精度3D数字化系统方案已应用于多领域制造企业的数字化转型中，满足客户个性化和多样化的产品定制需求，同时帮助用户缩短产品开发周期，提效增质，降低损耗。 先临三维高精度3D数字化系统方案 先临三维专注高精度三维视觉技术十余年，致力于推动高精度三维视觉技术的普及应用，此次助力西门子智能制造成都创新中心增材实验室，旨在通过展示先临三维高精度三维视觉技术，分享3D数字化应用实践经验。未来，先临三维也将持续努力，以更多优质的数字化应用解决方案助力中国制造企业数字化转型升级！ 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.高效完成结构损伤测量，高精度三维扫描助力飞机精准放行 2.3D打印与高精度三维扫描并不相互孤立，融合应用正在加速发展 3.权威标准 | 先临天远和全球知名计量企业一同起草国家计量技术规范 4.满足用户所需！先临三维发布「工业高精度」和「专业彩色」3D扫描仪新品

导读：“在中型四代机验证机中突破了传统极限束缚，打破了传统结构的“天花板”，大幅度减少零件和工装数量，实现重量偏差精准控制，并率先实现增材制造规模化应用，引领着该领域的技术发展方向。” 习近平总书记在给航空工业沈飞“罗阳青年突击队”的队员们回信中提到，“希望你们继续弘扬航空报国精神，心往一处想，劲往一处使，在推动航空科技自立自强上奋勇攀登，在促进航空工业高质量发展上积极作为。”回信寄托了总书记对航空人的殷切期望，更指引着攀登科技高峰的前进方向。本期内容来自航空工业沈阳所王向明院士。 鹘鹰战机常务副总设计师王向明院士 航空科技自立自强，既是我们为之努力的奋斗目标，更是引领我国航空武器装备赶超世界先进水平的核心竞争力。 历史经验告诉我们，航空事业新篇章只能由中国人自己书写，核心技术是买不来、讨不来的，自立才能自强，自强才能制胜。航空武器装备是现代战争的首战装备、核心装备、决胜装备，只有自立自强，才能持续不断地研发出高质量“制胜”装备。航空工业从抗美援朝的烽火硝烟中走来已七十余载，历经艰难曲折，新中国的飞机设计事业也历经了一个甲子。面对千沟万壑、艰难险阻，一代又一代航空人不畏困难、锐意进取、自立自强、航空报国，推动我国航空武器装备努力追赶航空强国，实现了从望尘莫及到望其项背，再到同台竞技的历史性跨越，为我国强大空军建设提供了有力保障。 航空科技自立自强，需要科技创新作为核心支撑。 航空科技创新的源头在于设计，因为设计是主导、材料是基础、制造是手段、维修是保障。这些年，航空工业沈阳所在增材制造创新应用、飞机新概念结构领域开拓、新机快速试制模式构建等方面取得新突破，走出一条独具特色的设计制造一体化创新之路。在中型四代机验证机中突破了传统极限束缚，打破了传统结构的“天花板”，大幅度减少零件和工装数量，实现重量偏差精准控制，并率先实现增材制造规模化应用，引领着该领域的技术发展方向。 科技创新的实践经验告诉我们，研制高端的航空武器装备只有自主创新一条路可走。 我们只有持续创新，才能在科研的道路上走得越来越笃定，越来越有信心。面向未来，要继续坚持航空自主创新道路不动摇，健全创新机制，补齐短板，建立新机快速研制新模式，加速创新人才和业务尖子的培养，通过军地融合，搭建更多创新平台，持续解决核心技术攻关难题，积极支撑航空武器装备高质量发展。我们坚信，广大航空科技工作者一定会以习近平总书记给沈飞“罗阳青年突击队”队员们的回信精神作为源动力，学习罗阳同志，弘扬航空报国精神，发扬航空人艰苦奋斗、忠诚奉献的优良传统，踏实钻研前沿技术，心无旁骛，匠心如一，向着建设新时代航空强国的宏伟目标努力攀登、奋勇前进。 早在2003年，沈阳飞机设计研究所与北京航空航天大学深度合作，共同开拓了飞机增材制造应用技术。北京航空航天大学在控形、控性、装备等方面已取得重大突破。作为关键技术的另一方面，设计、评定和验证是使用安全的重要保障，也是美国联邦航空局（FAA）确认的增材制造4个难点之一。沈阳飞机设计研究所建立融合增材制造技术的结构设计、评价与验证方法。而沈阳飞机设计研究所是我国舰载机歼15和歼35的负责研制单位，这两款战机均大量使用了3D打印技术。王向明院士是飞机机体平台结构设计领军人物，长期从事结构创新设计与制造一体化研究。先后承担原总装、装发部、军科委、科技部、工信部、科工局主管的有关飞机结构设计与制造研究项目20余项，在飞机新概念结构设计、增材制造应用技术、新机快速试制等方面做出重要贡献。先后获国家技术发明奖一等奖、二等奖，国防科技进步奖一等奖2项。 王向明院士借助在原总装先进制造专业组担任增材制造责任专家的机遇，规划出基于增材制造的大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化和功能结构一体化等飞机新概念结构领域，主导系统级技术开发与工程化验证。 2021年，中国工程院公布2021年新增院士，中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所项目总设计师、3D打印专家王向明成功当选。 注：本文内容来自航空工业。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.技术拐点助力战机跨代！3D打印在我国战机上实现了规模化和工程化应用 2.长文干货 | 推动3D打印用于汽车行业制造的关键因素 3.「3D打印态」钛合金具有均匀且不间断的柱状晶，获得良好的抗蠕变和抗疲劳性 4.航空航天金属3D打印的工艺种类、技术成熟度及流程差异

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汽车行业的装配操作可能会很复杂、容易出现质量问题，并且在效率和时间方面不可预测。此外，虽然制造辅助工具常用于改善成本、质量、时间和人体工程设计，但它们通常非常复杂并需要频繁修改。 如今，虽然3D打印非复杂制造辅助工具已成为一项成熟应用，但使用增材制造(AM)优化夹具、固定装置、量规、定位器和抓手仍具有巨大的、目前尚未被开发的潜力；这种潜力可提高汽车行业在开发和制造方面的速度和灵活性，最终满足当下和未来对汽车制造条件的性能要求。 点击文末阅读原文可下载电子书 制造辅助工具用于整个车辆的开发和制造过程，其通过多种方式实现降低成本的最终目标，例如：加快生产速度，以更少的时间和劳动力实现更高的产量；通过提高精确度控制来减少错误；或者简化装配线。除了降低成本外，快速获取制造辅助工具来实现快速生产，也在当今愈加精细化和定制化的汽车开发和生产过程中扮演着日益重要的角色。 增材制造可让设计和生产制造辅助工具变得更加灵活，这是将增材制造用于复杂制造辅助工具生产的第三点优势。需求往往难以预测，而仓储需要大量的空间和成本。虽然对辅助工具稍加修改便能大幅提高生产效率，但此方法通常不可取，因为库存过多，或者生产辅助工具耗时太长。 不过，这却是3D Systems增材制造解决方案的用武之地。此类解决方案包含相关软件、各种3D打印硬件技术和适用于制造辅助工具的高性能材料。这些解决方案支持短期和定制化的汽车生产及装配操作，可在极具挑战性的环境中对装配流程进行优化，同时控制制造和库存成本、加快开发和生产速度并提高各环节的灵活性。 增材制造可针对特定流程和组件定制夹具、固定装置、抓手和定位器，并进行快速迭代来实现持续改进，而不会产生昂贵的传统模具制作费用和沉重的库存成本，也不会为了提升性能而增加复杂性。 制造辅助工具的增材制造示例 在本应用简介中，将介绍如何以最佳方式利用这些材料和技术，开发和生产用于车辆开发及生产线的小批量复杂制造辅助工具。除了将增材制造用于制造辅助工具的业务相关优势，这些解决方案还通过设计自由度、快速定制商机以及保持严格公差的能力来提高设备的有效性。制造辅助工具的增材制造示例包括： 夹具 增材制造可整合多种功能，例如真空夹紧、操作顺序说明、碎屑清除，等等。 真空钻床夹具 真空钻床夹具 固定模具 最终装配包含有接合面的部件时，通常需要使用数控固定装置。采用安全、增材方式制造的数控固定装置可以防止因部件安装不当而常导致的主轴故障。为了降低生产成本，可采用模块化方式设计和生产增材制造数控固定装置。借助数字工作流程，还可以制造固定装置来匹配部件的实际尺寸，并且能够更加可靠地固定住部件（相较于其他方法）。增材制造固定装置也可用于焊接。 模块化数控固定装置 抓手 机器人是生产线的关键因素。增材制造可实现快速定制，将旧有的抓手装配件整合到专为最终功能设计的单个组件中。这包括进行轻量化设计，以提升实现整体性能和集成安全功能的速度，而无需增加步骤或装配操作。 量规 利用增材制造生产通过/失败量规可加快质量控制速度，同时改进设备的人体工程设计。对复杂的表面或路线来说，可实现精确度和特征细节的立体光固化成型技术不失为一种理想的解决方案。 量规  装配辅助工具 装配辅助工具或定位器用于简化装配流程。许多标准系统可以出色地处理简单工件。然而，对于可能需要在不同方向进行定位或安装的复杂部件，增材制造可提供必要的设计自由度，以最大效率生成装配辅助工具、定位器或安装器设计。 推动增材制造用于消费类汽车和运输应用中制造辅助工具的关键因素 整合特征和应用模块化 制造辅助工具提供了许多提高制造效率的机会。利用增材制造的设计自由度，您可以将特征整合到单个几何形状中，并采用模块化方法来改进通用或自定义人体工程设计，从而制造高效的夹具、固定装置、抓手、量规和装配辅助工具。 逆向工程可提高工具效率 在特定情况下，使用增材制造方式生产的制造辅助工具能够以逆向工程数据为依据，以加快制造辅助工具的创建速度并对功能进行改进（例如优化工件夹持）。 快速迭代，以便持续改进 增材制造支持采用迭代方法，通过生产团队以及工业和制造工程师的反馈来提高制造辅助工具的效率并改进人体工程设计。我们的制造辅助工具增材解决方案提供了快速生产迭代设计的能力，使辅助工具满足严格公差和设计特征，从而让团队交付更多设计迭代并提高装配效率。 降低生产风险 装配操作的时间和效率通常难以预测，这增加了工具规划的难度，可能造成生产风险。我们的增材制造解决方案可让您根据需要快速制造辅助工具，确保您可以按需进行更换以维持正常运行时间，避免出现过量生产或生产浪费，同时最大限度地降低传统制造成本。 适用于功能性生命周期的耐用材料 随着时间的推移，制造辅助工具会受到外力、应力和磨损的影响。过去，增材制造材料的特性限制了该技术在功能性较低的辅助工具上的使用。3D Systems经过全面测试的先进材料将增材制造的用途扩展到更大、更复杂的夹具和固定装置。 小批量、高度复杂部件的经济性 制造辅助工具的典型特征是小批量、设计复杂程度高，这两者都是造成高制造成本的主要因素。采用立体光固化成型技术(SLA)、选择性激光烧结技术(SLS)和Figure 4技术的增材制造消除了成本与复杂性之间的关连，使这些技术非常适合用于生产中小批量的制造辅助工具。 使用增材制造的好处 设计自由，可将特征和流程步骤整合到单个制造辅助工具中 精确、可重复地生产复杂设计以优化性能 快速迭代，可持续改进/快速实施来自装配线和生产线的反馈 快速响应对最终产品设计所作的变更 轻量化等优化可缓解操作人员和机器人的疲劳 通过按需现场生产进行高效的库存管理 逆向工程使固定装置的贴合精度更高，从而减少变形和回弹 工作流程解决方案和最佳实践 示例部件：发动机罩通风口的数控真空固定装置 技术：选择性激光烧结(SLS) 打印机：sPro 60 HD-HS 材料：DuraForm GF 功能：在修改注塑成型工具时，将发动机罩通风口固定在适当的位置以进行修改 后处理：喷砂处理、进行染色以便于识别 1. 增材制造设计提示 进行增材制造设计(DfAM)时，要考虑的事项通常取决于制造辅助工具的功能和要求，以及您想要整合的特征。但是，无论您如何具体使用夹具、固定装置、抓手、装配辅助工具，许多指南都广泛适用。如前所述，如果从一开始就以增材制造设计原则指导您的决策，则可显著提高效率和质量。 优化工件夹持的逆向工程固定装置 经过优化的接触面：基于基准CAD建造的完全随形曲面的使用效率很低。并非所有曲面都会接触部件，因此夹紧部件时会对部件施加额外的应力，并且从固定装置中取出部件时更有可能产生回弹。受制造流程的影响，实际部件可能与基准数据不同，但使用扫描数据可带来切实的好处。扫描到CAD通常是逆向工程工作流程中最耗时的一个环节。不过，在设计固定装置时，您可能只对组件的特定特征而不是整个几何形状感兴趣。您必须确定定位和固定部件所需的固定装置曲面。请看右侧的数控固定装置，其中需要四个相对简单的曲面有效地夹紧部件。 上图：根据扫描数据与基准数据的对比情况，在修改注塑模具的同时，也会将此汽车发动机罩通风口的数控固定装置用于组件修改。将接触面优化为一个主要区域和三个次要区域有助于加快扫描到CAD的流程，并确保固定装置上的材料安全。 夹紧真空系统：如果没有其他的夹紧方式，夹具通常需要通过真空夹紧到表面。增材制造可将制造辅助工具的关键功能（例如钻孔引导）与真空系统相集成，用于夹紧并清除气体、碎屑或灰尘。 真空集成的两个考虑因素： 仅对选定区域而不是整个表面进行真空夹紧，这样可加快扫描到CAD的速度，或有助于实现基于基准数据的设计和更有效的夹持。 必须夹紧较大表面时（例如为了从钻孔操作中清除碎屑和灰尘），可以设计截面更薄、更具适应性的真空夹具（例如带密封槽），从而使制造辅助工具更好地贴合工件。 上图：此钻床夹具结合了两个真空系统：其中一个将夹具夹紧在面板上，另一个实时清除钻孔过程中产生的灰尘和碎屑。夹具分为两个等级。较低等级的夹具体积轻薄，可灵活适应面板的形状。因此夹具能贴合面板，而不让面板变形。夹持力为90千克。第二种真空组件连接到车间真空系统，可有效防止操作人员接触碎屑和灰尘，同时确保碎屑不会转移到车辆的其他区域。 圆形图像所示为燕尾形凹槽和密封件，其有助于在使用后保留密封件。可以在设计阶段轻松集成这样的功能。 上图：在此数控固定装置中，仅4个选定区域采用了真空夹紧方式，4个垫子上的夹持力共为145千克。 整合特征 通过整合大量特征，可在设计阶段实现夹具或固定装置的设计意图，例如固定、夹持、钻孔或导向。这些特征将促进用户与夹具或固定装置的交互，并提高整体性能。 钻孔顺序将直接影响真空钻床夹具中清除碎屑和灰尘的效率，此信息会直接打印在夹具上 整合使用说明（防错系统）：增材制造支持多种将使用说明直接整合到制造辅助工具上的方法。3D打印的二维码支持快速访问可在数据库中不断更新的防错系统信息或标准操作程序(SOP)。 经过优化的用例说明也可以直接打印在固定装置上（例如钻床夹具上的钻孔顺序），从而最大限度地提高性能、提升除尘效率，或确保设备方向正确。 此二维码采用Figure…

导读：3D打印技术参考注意到，滑铁卢大学机械与机电工程系多尺度增材制造实验室近日发表了一项研究，通过在打印过程中对熔池进行二次部分重熔，获得了均匀且不间断的柱状晶粒，与定向凝固材料相当，具有良好的抗蠕变和抗疲劳性。这项研究是首次在LPBF 3D打印过程中使用原位激光处理来控制合金晶粒结构的科学尝试。 参考样品和经原位热处理样品的EBSD图激光粉末床熔融(LPBF)是最流行的金属增材制造技术，能够制造具有定制机械性能的金属部件。这些特性在很大程度上取决于LPBF过程中的微观结构演变。材料的显微结构是影响和决定材料性能的重要因素，通过改变材料的微结构，可以获得增强的各向异性机械和物理行为，如更高的强度、更低的杨氏模量、更高的抗蠕变性和抗疲劳性以及更高的导电性。 对于激光粉末床熔融金属3D打印技术，修改打印参数（如激光功率、扫描速度、扫描策略和层间旋转等）可以产生不同的热历史和凝固条件。因此，实现所需的微观结构需要将工艺参数与凝固参数相关联，如温度梯度、凝固速率、热流方向和熔池几何形状等。 以往的研究发现：AlSi12在较高激光功率和较低扫描速度下可获得较粗的晶粒和较高体积分数的<001>取向晶粒；β型钛合金采用XY扫描而无旋转策略时可获得各向异性的微观结构，沿构建方向的样本杨氏模量较低；也有研究人员提出，扫描策略的变化导致的不同凝固模式会显著影响晶粒尺寸、晶粒纵横比、泰勒因子和晶粒取向，进而影响LPBF制造的HastelloyX试样的机械性能。除了上述参数外，光束整形也被认为是一种修改打印部件微观结构的新方法，研究发现椭圆光束可获得更细的等轴晶粒、更高的泰勒因子和机械性能。 (a) 设计的样品(b)3D打印的原位热处理样品(c)3种可能顶面 在这项研究中，研究人员采用一种新方法来控制Ti5553合金在LPBF过程中微观结构的形成，该合金是一种在航空工业中具有广泛应用的材料。实际过程很简单，就是在初始激光扫描之后立即进行能量输入低的多的二次激光扫描，在凝固层上提供较薄的重熔层。该薄层具有更均匀的凝固模式，导致沿构建方向形成了细长晶粒。 这是一种原位热处理方法，激光后曝光扫描起着关键作用。由于凝固层的重熔可以降低凝固的成核障碍，因此假设初始（主）熔池顶部的第二浅熔池可能会影响晶粒形成。经激光后曝光处理的3D打印态零件与定向凝固工艺获得的材料相当，具有良好的抗蠕变和抗疲劳性。值得一提的是，目前的研究是首次在LPBF过程中使用原位激光处理来控制合金中晶粒结构的科学尝试。 (a)原位热处理样品的显微图像，大的初始熔池和浅的二次熔池(b)二次熔池中的晶粒生长方向几乎是垂直的(c)大初始熔池顶部的晶粒生长方向几乎是水平的 (a)参考样本和(b)曝光后处理样本的EBSD图和OM图像：参考样品的近表面等轴细晶粒在曝光后处理后消失 研究人员认为，二次扫描的熔池在凝固过程中发挥了突出作用，其减少了凝固层的现有晶粒数量，这将减少下一层的成核位点的数量。与常规（无二次重熔）条件相比，二次重熔通过抑制新晶粒成核，使最终微观结构中存在新晶粒的概率要低得多，能够促进垂直于基板的细长且不间断柱状晶粒的更均匀生长。同时，二次扫描使每个层的顶部形成均匀的浅熔池，抑制了初始（主）熔池侧面的横向（水平）晶粒生长。低能量的二次扫描所输入的额外热量导致了更均匀的凝固模式，从而为获得均匀且不间断的晶粒结构创造了条件。 总的来说，这项研究首次提出了激光后曝光处理（具有明显较低能量的二次激光扫描），作为LPBF过程中原位微观结构控制的新方法，可真正实现控形控性。 参考文献：https://doi.org/10.1016/j.addlet.2022.100110 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.新的热处理技术，为3D打印的涡轮叶片「获得工业应用」扫清道路 2.结构优化+轻质材料 | 铂力特3D打印钛合金卡钳助力小鹏飞行汽车减重 3.西工大林鑫教授团队：增材制造钛合金获得全等轴细β晶粒 4.突破：1.6GPa超强钛合金，达到现有所有3D打印金属中最高比强度

众所周知，西门子已将采用LPBF工艺3D打印的涡轮叶片用于燃气轮机，这种比传统工艺更高效、更具成本效益的零件制造方式除了具有环境和成本优势外，还可以让制造商快速生产出更复杂、更节能的叶片几何形状。 然而，3D打印特殊的熔凝过程所产生的微观结构则限制了零件在高应力环境下的使用，高温蠕变性能是高温应用下的重要性能，对零件的寿命产生极大的影响。在冶金学中，蠕变是指金属在持续的机械应力和高温下发生永久变形的现象。研究人员研究了涡轮叶片3D打印的工艺和组织结构，发现3D打印会产生大小为数十至数百微米的细晶粒——一种特别容易发生蠕变的微观结构。 西门子采用激光3D打印涡轮叶片 麻省理工学院航空航天专业波音职业发展教授Zachary Cordero表示，“在实践中，这意味着燃气轮机的寿命会更短或导致燃油效率更低，这些都是代价高昂且不受欢迎的结果。” 3D打印技术参考注意到，麻省理工学院的研究人员于近期开发了一种新的热处理方法可以改变3D打印金属的微观结构，使材料在极端热环境中强度更高、更具抗蠕变性。该技术可以有望使3D打印的高性能叶片真正实现工业应用。 01新的热处理方法获得所需求的材料微观结构 新的热处理方法实际上是一种定向再结晶的过程，该工艺已成熟用于锻造材料。将3D打印的零件以精确控制的速度通过热区，材料的许多微观细晶粒将生长为更大、强度更高、更均匀的柱状晶粒。 在具体的操作过程中，研究人员将棒状高温合金的3D打印样品放置在一个室温水浴中，水浴放置在感应线圈的正下方。他们以不同的速度缓慢将每根棒从水中拉出并穿过线圈，将棒加热到1200-1245℃之间的温度。研究发现，在特定速度（每小时2.5mm）和特定温度（1235℃）下处理的拉伸棒会产生陡峭的热梯度，从而引发材料微观结构的转变。 定向再结晶实验装置 研究人员表示，“材料开始时带有位错缺陷，当加热时，这些缺陷会消失并重新配置，晶粒能够生长。通过消耗有缺陷的材料和更小的晶粒来不断拉长晶粒，这一过程被称为再结晶。”本质上讲，再结晶是晶粒的选择性长大和晶界竞争迁移的结果。 零件经热处理后，研究人员使用光学和电子显微镜检查了它们的微观结构，发现材料的打印态微观晶粒生长为柱状晶或被明显大于原始晶粒的长晶体状区域所取代，这意味着材料微观结构发生了改变。新的热处理方法可以将晶粒尺寸增加几个数量级，达到大量柱状晶粒，这在理论上将显著改善蠕变性能。 02材料微观结构影响和决定材料性能的重要因素 材料的显微结构是影响和决定材料性能的重要因素。3D打印技术参考通过查询相关文献注意到，定向再结晶动力学实验结果表明柱状晶可以直接从无织构的小等轴晶中长大，不同的热区温度对应着不同的抽拉速率范围和最佳抽拉速率，在最佳速率定向柱状晶将获得最大的长径比。 该团队表示，他们可以控制棒状样品的拉拔速度和温度，以调整材料微观结构的改变，从而创建具有特定晶粒尺寸和方向的区域。当柱状晶的方向与零件所受的最大应力方向对齐时，材料能够最大限度的抵抗蠕变。这种控制水平可以让制造商最终获得在特定位置具有特定微结构的涡轮叶片，这些微结构能够适应特定的工作条件。 西门子使用3D打印制造涡轮叶片热处理将使材料具有更高的热端寿命 研究人员计划在更接近涡轮叶片的3D打印零件上进行测试，同时也在探索加快拉伸速度的方法，以及测试热处理结构的抗蠕变性。研究人员设想，在不久的将来，燃气轮机制造商将在大型增材制造厂打印叶片，然后使用这种新的热处理方法对其进行后处理，3D打印的具有新冷却架构的叶片可以提高涡轮机的热效率，同时燃烧更少的燃料，最终排放更少的二氧化碳。 研究人员表示，这种热处理工艺为3D打印的燃气轮机叶片获得工业应用扫清了道路。 推荐文献：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103198 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.西门子能源：90台金属3D打印机、100种认证应用案例、400种零件进入批量生产 2.发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程 3.研究人员使用SLM技术3D打印单晶纯镍及3D打印单晶热处理制度 4.华中科大开发出一种消除裂纹、同时提高强度和延展性的3D打印镍基高温合金热处理方案