多尺度孔隙结构广泛存在于自然界中，在动植物长期自然进化过程中，为获得最佳性能以适应环境变化方面发挥着至关重要的作用。例如，蝴蝶翅膀、木头、骨头、树叶等生物结构，均具有从纳米级到宏观级的多尺度孔隙结构。受这些自然现象的启发，科研工作者努力尝试研制具有功能性的多尺度孔隙材料，以用于特殊领域。尤其在催化领域，相比固体或单一孔隙催化材料，多尺度孔隙材料因具有更大表面积、更高孔隙率和更多活性位点，而显示出更高效的催化性能。在多尺度孔隙催化剂中，纳米多孔催化位点附着在微多孔框架表面。微米多级孔可提供为更大的比表面积，因而为纳米多孔催化位点提供更多附着空间；纳米多孔则有助于减少客体分子与催化位点间的扩散障碍，持续将客体分子转移到纳米催化位点。 近期，华中科技大学史玉升教授团队cai副教授与新加坡南洋理工大学周琨教授合作报道了一种简易且可批量化制备微纳多孔催化剂的3D打印/脱合金复合方法。激光选区熔化（SLM）3D打印成形具有微米多孔的合金框架，然后通过脱合金工艺在微米多孔框架表面形成纳米多孔（图1）。该研究中，CuTi混合粉末为SLM打印材料，成形出具有微米级孔隙的点阵结构，随后采用HF脱合金化学腐蚀脱除CuTi点阵结构表面的Ti元素，表面Cu元素在表面张力作用下通过扩散、聚集等方式原位自发形成纳米级多孔Cu结构（图2）。为验证概念的可行性，作者们将微纳多孔材料用作Fenton催化剂降解染料废水。 图1 3D打印/脱合金制备微纳多孔催化材料示意图   图2 纳米多孔Cu形貌、尺度与物相表征 实验结果表明，制备的微纳多孔催化剂在净化罗丹明B中显示出高效的降解效率，降解反应速率为 8.24 × 10-2 min-1，比传统均相Cu2+和非均相Cu粉末催化剂的反应速率分别提高了约8倍和2.5倍。同时，这种催化剂显示出有超高的稳定性和耐久性，以及出色的矿化和降解多化能力（图3）。优异的降解性能主要源自催化剂中分层互连的微纳米多孔结构，微米孔提供更多的比表面积，有利于在CuTi前驱体表面产生更多的纳米多孔Cu催化位点，纳米孔可为H2O2试剂与催化位点反应提供便捷的反应通道。降解机理研究表明，Cu(II)和Cu(I)之间的高效氧化还原循环反应，是高活性•OH自由基快速生成的根本原因（图4）。详细揭示了罗丹明B降解途径的四个步骤，包括N-去乙基化、发色团裂解、开环和矿化。 图3 微纳多孔催化剂显示出有超高的稳定性和耐久性以及出色的矿化和降解多化能力 图4 微纳多孔催化剂产生•OH自由基的机理示意图 最后，作者们制造了表面具有纳米多孔Cu的工业级尺寸叶轮和过滤器，以展示该方法在工程中的潜在应用。这项工作不仅证明了所提出的微纳多孔催化剂在实际应用中对废水净化的适用性，而且有望激发3D打印技术和化学合成的结合，以设计可调控的分级微纳多孔金属催化剂，并用于功能器件制造。 上述工作以题为“3D Printing and Chemical Dealloying of a Hierarchically Micro- and Nanoporous Catalyst for Wastewater Purification” 发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（文章链接：doi/10.1021/acsami.1c14076），论文第一作者为华中科技大学蔡超副教授，此前为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院博士后研究员，通讯作者为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院及新加坡3D打印中心周琨教授。 周琨教授团队长期从事高分子、金属3D打印的研究，包括材料开发、工艺过程模拟和结构设计等。此前，已有一项有趣的3D打印技术在环境应用方面的探索，团队利用激光3D打印技术制备了多种金属有机框架(MOF)/热塑性树脂复合薄膜，并探究了其在水处理方面的应用 (Li et al. ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11, 43, 40564-40574)。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.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 2.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 3.史玉升教授团队顶刊综述：超材料的增材制造技术与发展趋势 4.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构

随着3D打印在齿科领域的发展和探索，市面上宣称能应用于齿科的光固化3D打印设备百花齐放。由于齿科应用对精细准确的高要求，精度成了大家在设备中做选择时的主要考量。但是，精度越高，打印出来的齿科应用效果就一定越好吗？ 大家谈论的“精度”指什么？ 3D打印设备往往会给出一个精度指标，这也是大家普遍拿来判断设备精度高低的主要依据：“做导板，精度75um？Pass！精度50um，OK!” 事实上我们正在对比的只是设备上单一配件的工作参数，并不代表设备整体精度。 【△模型分层示意】 超过90%的3D打印技术都是层堆叠模式，简单理解就像三明治，一片片的不同形状叠在一起，变成立体的模型。每一片的成型效果，以及片与片之间叠加过渡效果，分别代表它的水平面精度和垂直精度。而各类设备标明的“精度”实际仅仅是水平面精度参数。 水平精度和垂直精度有什么区别？ 水平面精度即XY轴的精度，是成型面的图像构造能力，是设备光学元件的理论效用。 SLA是激光光斑扫描成型，类似用笔涂色块。因此它的XY轴精度参数即指其笔头（光斑）的最小直径，约80-120um。 【△SLA扫描的图 I 来源于网络】 而DLP、LCD的成型方式都类似二维码，由许多小方块构成一个图像。每个小方块即单个像素点，它的大小便是其图像最小构建能力，即DLP、LCD的XY轴精度参数。 【△DLP投影概念图】 3D打印的可是三维模型，所以实际上，它还有层与层的垂直精度要求。就如同样大小的三明治，每层厚度越薄，那么构成的片数量越多，层与层过渡越好，垂直表面越精细。 这个精度参数是成型面的厚度细分，最小是25um，由Z轴运动配件的最小步幅决定。层厚是可以在打印参数中设置的，好比台阶，一个台阶是25um高，我们可以选择一次走一个台阶或者数个台阶。 因此，设备的精度高低只是凭借单一的XY轴精度参数做对比，那就太片面了。而且！无论Z轴精度参数也好、XY轴精度参数也好，这些指标实际上是配件所提供的精度能力，它能为我们提供设精度参考值，并不能描述设备打印能力。 理论精度为什么不能描述设备打印能力？ 并不是配件具有高精度参数，设备就能有这么强的打印效果。人类的恒牙理论寿命是70年，但由于生长情况、饮食、清洁、伤病等影响，它往往没法达到如此长寿命。 设备也是如此，配件的质量和装配的好坏会影响其精度能力，比如一台DLP设备即使分辨率高，如果LED光源质量差，也发挥不出高分辨率的效果。 在微距拍摄甚至肉眼下，我们能明显区分出不同精度打印的牙模表面纹路差异，而有心的用户会发现，同样一个切片打印文件，同样一种树脂，换另一台同款设备去打印，表面也是存在差异的。 【△80umVS50um微距拍摄纹理对比（点开图片查看）】 这是因为：设备的3D打印能力不仅和其关键配件的配置质量有关，与设备装配、软件控制、匹配树脂等因素也有着密切联系。 相信大家在使用中遇到过这种情况：打印作业出现了问题，要排查原因需要对设备、耗材、数字模型、切片等多方面去着手，因为这些因素都将会对模型打印效果产生影响。 也即是说，设备的理论精度做得很好，那么它发挥的好坏就会在使用者手上，要求使用者对3D打印技术原理及工艺有较深的理解才能产出优质打印效果。 不仅如此…… 上述问题仅仅是一种静态下的情况。而我们将时间再拉长一点，在全幅面、多次重复下打印，如果设备缺乏感知反馈功能，那么还会出现不同位置、不同批次的同个模型产生差异的情况。 因此理论精度并不能定性设备的打印效果。 什么才是检验打印效果的最佳标准？ 黑格在做设备开发中发现了这个问题：目前所有的精度描述都是以设备角度出发去衡量的，这是一种因定义，它可以评判设备的好坏，但并不能评判它交付到用户手上时生产结果的好坏。 因此黑格采用了另一种因果定义——还原度：将数字模型打印出来后，再次将其扫描，得到的扫描模型与原数字模型进行重叠对比的重合率。 【△反扫重合率：绿色面积越大重合率越高】(*扫描会存在细微误差，这种误差在打印模型应用要求误差范围内，可被允许存在） 这种简单粗暴的方式直指3D打印的本质——所见即所得。以打印模型的还原度衡量设备的动态生产能力。覆盖了精度、表面质量、打印细节、尺寸误差、结构吻合等描述3D打印能力的各个维度，是检验打印能力的最佳标准。 在描述设备打印效果上，还原度比精度更精准，更贴合使用参照依据。 如何才能做到高还原度？ 在前文中，我们提到了既然设备、耗材、数字模型、切片以及软件算法、工作环境都会对3D打印质量产生影响。而黑格希望兑现3D打印所见即所得的愿景，让用户摆脱各类影响因素的桎梏，享受科技带来的便捷。 仅仅是提供优质的设备，还不够。 如何做到高还原度？经历过无数的弯路和探索，黑格的最终答案是全生态闭环与反馈。 【△4K应用场景化】 黑格科技最新一代齿科解决方案——Ultracraft A2D 4K 作为一台齿科专用的旗舰型3D打印机，搭配了4K呈效光学组件和工业级Z轴运动组件，理论精度值达到了±26.8um。 这个精度值很高，当然，仅仅如此是不够的。 它不仅是一台高精度设备，背后是需要数百人团队、数百斤研究资料、几GB数据来支持的生态系统。 为了让它生产运作稳定，植入了经过好几GB数据训练和优化的黑格人工智能算法、以及自动光学校准和光强补偿等自动优化补偿机制。 为了让它不受材料干扰，材料研发团队不断推出齿科专用树脂耗材，在满足应用的性能需求前提下，优化材料和设备所结合的打印适用性。 为了降低操作者的经验要求，搭建了封箱式前处理软件，得益于不断优化，软件会自动寻找适配方案，操作者只需要按照引导点击“确定”即可完成工作。 为了抵御环境的影响，建立了规范化生产环境勘察改造流程，在设备装机前对生产环境进行改造。 96.3%，这就是4K的还原度。（*数据来源于黑格实验室50例随机测试结果） 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.打通齿科数字化全链条！黑格科技3D打印应用云平台正式上线 2.3D打印迎来新机遇，全球化齿科头部企业如何借势腾飞？ 3.中科大：引入先进国产DLP 3D打印机，荣获多项荣誉，为教学实力强力背书 4.开核桃、抬杠铃丨一款“高刚耐温、超精细、低蠕变”的功能性3D打印树脂

近日，日本理光发布了一款采用自有工业喷墨打印技术开发的新型粘结剂喷射金属3D打印机，此举可谓出人意料。这台新机器旨在实现金属零件高速批量生产。重要的是，它将以稳定的方式支持各种材料，包括铝合金最终零件生产。 作为粘结剂喷射3D打印设备的核心部件，喷头是推动输出高质量、高性能零件的关键。当前，全球仅有10家喷墨打印头制造厂商，理光无疑拥有该部件的核心制造技术。 理光的喷墨打印头技术研发始于1985年，已拥有超过30年的喷墨技术研究和创新历程，其核心技术包括喷墨打印头及其控制技术、墨水和图像处理服务器。其推出的GEN5喷头已经非常成熟，对于生产型企业具有最佳的性价比；GEN6喷头在使用当前先进的增强粘合技术，耐用性和寿命相比GEN5喷头提升两倍以上，是目前使用最强粘合技术的产品。另外，理光致力于研发喷头的压电陶瓷核心技术，提升压电陶瓷的加工工艺，从而实现更强有力更精准的墨滴喷射效能。 在喷射类3D打印技术中，理光喷头的占有率非常高，能够喷射大尺寸墨滴的Gen4有非常大的应用前景， Stratasys的Polyjet技术的工业级3D打印机产品全部应用的理光喷头.然而在3D打印对喷头技术需求上，除了喷射大尺寸墨滴之外，现在还有高温环境使用的要求，理光也会针对3D打印推出高温3D打印喷头。 除了优秀的喷头研发技术&墨水技术，喷墨控制技术也十分重要。理光压电式喷墨技术可实现独特的动态可变墨滴技术，为高质量零件的打印提供了更多可能。 目前，已经有越来越多的公司在开发粘结剂喷射金属3D打印机，ExOne和Desktop Metal的设备已经推向市场，GE和HP也宣布将在年底实现商业应用。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.惠普Metal Jet金属粘结剂喷射3D打印机计划明年进入中国市场 2.中文视频：Desktop Metal如何保障粘结剂喷射金属3D打印质量的均一性和可重复性 3.GE增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术 4.基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析

鞋模制造作为传统加工行业之一，其完整工序包括设计、木模制造、铸造、模具制作、咬花、喷砂、电镀/喷铁氟龙防护处理等工序。整个加工过程非常复杂，周期长，成本高，需要耗费大量的人工及满足严格的绿色环保要求。在时尚界，鞋企产品的更新换代对于占领市场起到至关重要的作用。3D打印在鞋企的应用大大简化了鞋模的生产流程，大大提高了生产效率，不断提高产品更新速度。 在2015年前后，国内SLA厂商开始使用光固化技术替代传统木具加工，经过几年技术的不断迭代后，在鞋模行业取得不错的效果，尤其是成本优势和更精细表面纹路的呈现效果。但即便如此，依然需要铸造配合完成所有工序。 SLM技术直接金属3D打印成型，可免去木模、铸造和咬花等工序，实现更快的产品交付、更有立体感的花纹呈现效果和更环保的制造方式。金属3D打印成为各大鞋模厂商关注的焦点，纷纷加入了解、测试，并积极应用推广，金属3D打印技术势必掀起鞋模行业的革命和创新。 金属3D打印在鞋模行业的主要应用 金属3D打印技术在细节体现和制造精度方面的表现尤其适合鞋模直接制造，同时，该工艺提供了巨大的设计和制造自由度。即使是小批量，也可以以最高质量、快速且经济高效地设计和生产最复杂的形状。通过这种方式，金属3D打印技术为许多工具和模具制造商克服挑战提供了新的解决方案。 打印胶底（局部件） 铝合金测试数位花纹+实物 以鞋模案例做数据检测，样品总量减重后4.5公斤（一双），采用汉邦科技HBD-350T设备打印39小时，综合打印成本已经降至约1500元/公斤（自用设备情况下），并可在5~7天完成整套模具交付，对比传统加工方式效率得以明显提升，可以实现更加复杂、带防伪纹路的鞋模，并且对于精密铸造和CNC现场管理、节约人工等具有优势。 3D打印的鞋模数据 鞋模3D打印总处理时间 采用金属3D打印制造完成的鞋模 金属3D打印鞋模应用仍有不足 金属3D打印技术在鞋模制造领域的应用已有多年，虽取得了很大突破，但仍需要继续改善： 1. 鞋模打印的速度问题。鞋模具有复杂精细的曲面、花纹，不能过高追求打印层厚； 2.鞋模打印材料对于传统的A3钢，硬度对比偏高，一旦出现后期纹路的破坏比较难通过传统常规的咬花处理； 3.分模线不顺、鞋模字体和花纹底部悬空打印会有挂渣、塌陷等，模口位置若悬空面积过大，打印中可能会翘曲变形而影响模具的后期使用； 4.鞋模打印出来后如何控制精度的问题，鞋模热处理后在线切割时由于应力释放，造成鞋模整体翘曲变形而导致鞋模精度误差大。 关于鞋模应用的技术难点，近年来，汉邦科技通过钻研和探索鞋模行业的应用，经过不断的打印测试、应用效果分析，于2019年下半年推出HBD-350/350T鞋模专机，有针对的解决鞋模行业的诉求。 汉邦科技HBD-350/350T金属3D打印装备，成型尺寸：325*325*400mm，激光功率：500W/500W*2 HBD-350/350T金属3D打印装备具备更主流成型尺寸，兼容单/双激光配置，高效稳定的铺粉供粉系统，封闭式全自动粉末循环系统，独立长效多级净化系统，满足高效率、高强度、高质量、持续性生产需求。 END 3D打印确实在某种程度上正在改变全球制鞋业。对于快速原型制作，所有主要鞋类品牌如耐克、阿迪达斯、新百伦等都使用3D打印技术，进行鞋类或中底直接3D打印仅仅是一部分，创建更准确、更快的模具，并更快地将“传统”的新产品推向市场仍然是鞋类品牌工作的重点。 作为国内领先的工业级金属3D打印设备制造商，汉邦科技于2007年进入金属3D打印领域，专注于金属3D打印装备的研发、生产、销售及应用技术。汉邦始终聚焦技术创新及行业发展，凭借丰富的市场积累、应用深耕，结合对新技术、新工艺的极致追求，不断在科研能力和产品质量的提升上精益求精。依托强大的研发及先进装备设计与制造能力，汉邦将继续以用户需求为核心，以技术工艺创新为驱动，用优质的产品与专业的服务为教育教研、模具、汽车、航空航天、医疗等各行业客户提供各种金属3D打印应用解决方案，发挥金属增材制造优势，助力传统工业制造的数字化、智能化升级。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.汉邦科技金属3D打印助推高效换热器制造升级 2.基于SLM的增减材混合制造新形式：激光熔融与超快激光切割相结合 3.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 4.罗罗通过3D打印设计和制造有史以来最大航空发动机的关键结构

陶瓷增材制造是近年来增材制造领域的一个重要发展方向。北京十维科技是国内先进陶瓷增材制造领域的知名高新企业，公司成立于2014年，团队核心成员均来自清华大学，拥有自动化、机械、电子、材料等跨领域专业背景。2016年，十维科技在国内首次上市了性能卓越的光固化陶瓷3D打印解决方案，包括硬件、软件、材料、工艺等，攻克了传统陶瓷无法加工复杂结构、工期长、成本高、成品率低的痛点，相关产品广泛用于包括航空涡轮发动机叶片制造、骨骼植入体制造，以及化工和环保等科研及产业领域，获得了所有客户的一致好评。 十维科技陶瓷3D打印应用 2021年，十维科技推出了五款机型。从研发切入，公司在产品定型后依然可以在量产阶段施展拳脚，帮助客户生产性能稳定的产品，无缝对接研发和生产，推出了增材制造终极形态的高端多材料复合打印机。除了销售成品，十维科技也提供非标定制化服务，可以根据企业的需求，打造生产线，提供定制的3D打印解决方案，推出了面向科研实验室应用的桌面级高性价比打印机。 AUTOCERA系列设备 以升级版AUTOCERA-R为例，这是一款研发专用型陶瓷光刻3D打印机，能够更精准的匹配实验室研究的各种需求，性价比更高。其配备了专门为科研工作者浆料开发使用的模块。传统情况下测试一种浆料，需要准备几十毫升甚至数升之多，一旦有问题又需要全部清洗掉重新备料。消耗大，步骤繁杂，大大加重了研发的工作量，拖延了工作进度。 而升级版的AUTOCERA-R只需三滴浆料，三步操作即可完成浆料性能检测。操作方便，数据记录及时，参数调节直观快捷。人性化设计的远程监控和自动加料等辅助功能，能更好的减轻研发工作的繁重。 十维科技创始人、CEO万力介绍陶瓷3D打印机目前公司已经在三个城市进行了设备的现场展示活动，让客户能近距离亲身感受十维科技光刻陶瓷3D打印设备的实用性和易用性。活动得到了许多客户的支持和好评，也收到了许多反馈意见，有利于公司做好设备的进一步改进。 左右滑动查看更多巡展照片 如果您希望更多了解AUTOCERA，欢迎与公司联系。十维科技将尽快到达您所在的城市，与您共同探讨陶瓷增材制造的全新定义。 联系人：敖晖 销售总监 手机：13911524778 邮箱：nicole@10dim.com 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.陶瓷3D打印面临的挑战，一种增韧解决方案与未来市场 2.几种主流陶瓷3D打印工艺的关键特点及航空航天应用面临的挑战 3.现在及未来，将受益于陶瓷3D打印的行业有哪些 4.生物医疗领域使用陶瓷3D打印面临的挑战

3D打印机，如同电脑一般，已然成为研发工程们的重要工具，可以实现“3D设计-3D打印-原型验证”的连贯工作流程，大幅缩短新品开发周期。 某安防公司的烟雾报警器研发人员，就用3D打印，2小时实现了从设计稿到实物的转变，提升工作效率的同时还实现了设计的保密性。 如今，研发工程师们都知道3D打印机能够帮助他提高工作效率，但是，市面上各具特色的3D打印机，并不是每一台都适合研发部门用。那么，研发工程师又该如何挑选？ 我们来分析下研发工程师对于3D打印机的核心要求。作为一个工具选项，研发工程师最基本的需求是“打的准”且“耐用”、“好用”，就如同好的工作伙伴，这台3D打印机要稳定输出高质量的打印产品，且不能掉链子。 那么，基于这三项核心要求，3D打印机需要具备怎么样的性能？ 1 “打得准”：这要求打印尺寸与设计尺寸一致，要求3D打印机具有高精度 2 “耐用”：即稳定性好，在参数表里可能无法直接看出结果，这个主要取决于光强系统的设计、设备硬件的选配以及散热装置的效用等因素 3 “好用”：即操作便捷，软件操作是否快捷，整理流程是否顺畅 综上，研发工程师在挑选3D打印机的时候，要考察的最基础的三个关键点即为高精度、稳定性、易用性。 为了减少研发工程师的试错成本，小编在这里要推荐一款适合研发工程师、兼具高精度和稳定性的3D打印机——AccuFab-L4K 高精度光固化3D打印机。 高精度 1 先临三维的光固化打印技术已在齿科领域得到广泛应用，精度水平得到认可； 2 L4K的精度水平也达到了IT7的水平（依据ISO286-1、GB/T1800.1标准）。 强稳定性 1 采用了定制开发的传感器，能够实时监测光强的强弱，并自动调节； 2 采用DCS散热系统，保证机身40℃以下的工作温度，大幅提高光学系统寿命； 3 硬件采用工业级器件，且经过21项严格出厂检验。 操作便捷 1 软件采用引导式操作，简单易用； 2 打印机可直接触屏操作，且打印完成快速去支撑，高效便捷。 高精度、强稳定性、操作便捷，L4K要做的是研发工程师的良好“工作伙伴”，配合其进行新产品的快速开发！ 不久的将来，正如文本打印从求助专业图文打印店到如今办公室随处可见可用的二维打印机普及一样，每个研发团队都将拥有放于办公室区域，触手可得的易用型专业级3D打印机，AccuFab-L4K将是您的理想选择。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.先临三维重磅推出高精度光固化3D打印机，助力原型设计和柔性生产 2.美海军与Stratasys达成25台2000万美元的历史最大政府3D打印机购买交易 3.福特采用大幅面（1m³）3D打印机制造夹具和固定装置 4.世界知名工程机械制造商使用中国桌面金属3D打印机制造发动机支架

日前，香港城市大学刘锦川院士团队在”利用增材制造设计成分调制钛合金“方面取得重大进展，创建出了一种具有独特微观结构的钛合金，在保持高强度的同时显著提高了延展性，达到约1.3GPa的高拉伸强度、约9%的均匀伸长率和超过300 MPa的出色加工硬化能力。研究团队以“In situ design of advanced titanium alloy with concentration modulations by additive manufacturing”为题，在国际顶尖期刊《Science》上发表重磅研究论文。 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3770 3D打印往往被看做是一种单纯的直接成型技术。然而很少有人会想到，3D打印过程中所蕴含的独特的物理过程在合金设计中同样可以发挥意想不到的优势。 在此，来自香港城市大学的张天隆博士在国际著名材料科学家刘锦川院士的指导下，创造性地提出了一种非常规的3D打印策略，即通过精心调控熔池中不同粉末的混合程度，设计出一种前所未见的微米级成分梯度结构，从而形成熔岩状组织并由此带来优异的力学性能。 通常而言金属材料中的成分不均匀性往往被看做材料内部的重大缺陷，是研究人员一直所努力避免的。然而，材料的成分不均匀性却很少被积极地利用起来作为有效的合金设计方法。一方面，这是由于人们对成分不均匀性的积极作用缺乏足够的认识；另一方面，也是因为传统的铸造、锻造等方法往往无法对材料内部的成分波动实现人为有效的调控。 图1 微米尺度成分梯度结构和由此产生的熔岩状微观结构 增材制造过程中所固有的金属粉末快速融化和凝固过程，以及超快的冷却速度，为研究人员提供了这样一种有效调控成分波动的手段。基于这种全新的思路，研究人员尝试在3D打印过程中采用两种常见合金粉末（Ti64和316L不锈钢）进行混合打印。通过精心选择的粉末种类，以及特殊的打印参数，在Ti-6Al-4V基础合金中，成功实现了以Fe元素为主的微米级成分梯度。 具体操作方法如下： •首先将Ti64和316L粉末在搅拌器中混合4小时。 •在氩气气氛下，采用EOS M290进行选择性激光熔化，并进行工艺分析。 •打印参数为：激光功率400W；扫描速度2500mm/s；扫描间距70μm；层厚40μm；基板温度35°C。S形扫描策略用于打印，在两个相邻层之间，扫描方向顺时针旋转90度。 •直接打印标距长度为32mm、宽度为6mm、总长为84mm的拉伸试样，用于拉伸试验和微观结构表征。 研究表明，打印完成状态的合金并不是两种原始合金的简单混合，也即合金中并不存在纯粹的Ti64合金或者316不锈钢区域。与此相反，在两种粉末的融化、混合过程中，所有合金元素都进行了有效的扩散和融合。不锈钢中的Fe、Cr、Ni、Mo等元素完全溶解在Ti64合金基体中，实现了原位合金化。更重要的是，经过特殊选择的打印参数可以有效控制Fe、Cr等元素的浓度梯度和空间分布。这是一种前所未有的成分梯度组织。 图2 Ti64-x316L的微观组织和力学性能：其中Ti64-(4.5%)316L合金具有良好的强度-均匀延伸率组合，抗拉强度高达1.3 GPa的同时具有9%的均匀变形能力 这种微米级成分梯度带来了三个有利影响。其一，合金元素浓度在空间上的调制带来了相稳定性以及微观组织在空间上的调制，从而形成了α’马氏体和亚稳定β母相在三维空间中的周期性分布，并形成了熔岩状的独特微观组织。其二，微米尺度上弥散且周期性分布的马氏体-亚稳态母相的特殊双相组织有效地提高了钛合金的力学性能。相比于传统增材制造钛合金而言，具有微米级成分梯度的钛合金一方面在拉伸过程中，亚稳定β相发生明显的应力诱发马氏体行为和相变诱导塑性，从而极大地改善了增材制造钛合金的均匀变形和加工硬化能力，均匀延伸率提高了一倍以上；另一方面，高度弥散分布的超细马氏体组织有效地维持了材料的高屈服强度（~1GPa），避免了传统TRIP钛合金低屈服强度情况的出现；其三，Fe、Cr等元素的添加对于增材制造钛合金的晶粒细化起到了明显的作用。这些合金化元素可以有效提升钛合金凝固过程中的成分过冷能力，阻止了常规粗大柱状晶的形成。因此打印态的TI64-(4.5%)316L合金的晶粒尺寸只有约16微米，是目前所有增材制造钛合金中所能实现的最小晶粒尺寸之一。 图3 Ti64-(4.5%)316L合金在拉伸过程中产生应力诱发马氏体，极大地提升了合金的加工硬化能力和均匀变性能力 图4 合金元素对材料成分过冷能力的影响：Ti64-(4.5%)316L合金的晶粒尺寸远远小于普通增材制造Ti64合金，有效防止了粗大柱状晶粒的产生 综上所述，研究者创造性地将成分调制的概念和3D打印结合起来，另辟蹊径地设计出具有微米级成分梯度结构的合金设计策略。本研究工作不仅将增材制造原位合金化中的成分不均匀性变废为宝，成功用来设计成分非均匀的高性能合金材料，更是极大地开拓了增材制造技术的想象空间，使得这项技术不仅仅被用作复杂构件的成型技术，更可以被开发为一种全新的合金设计和制造方法，从而有力地推动增材制造技术实现“材料-结构-性能”一体化智能设计的梦想。 刘锦川院士：现任香港城市大学杰出教授，美国工程院院士，中国工程院外籍院士，美国橡树岭国家研究院资深院士，美国橡树岭国家实验室金属与陶瓷部合金行为与设计组前组长。刘锦川院士主要从事材料科学与工程和先进金属材料的研究工作，在金属间化合物、高熵合金、贵金属合金设计、大块金属玻璃材料、钛合金和增材制造等领域均做出了开创性的贡献, 是国际材料界具有重要影响的杰出科学家。先后荣获美国能源部（US-DOE）能源技术重大影响奖，美国能源部劳伦斯奖（美国总统奖），中国政府友谊奖以及中国国际科学技术合作奖等重大奖项。1995年被评为全球材料科学与冶金学术期刊被引用最多的前五位作者之一。2003年，被国际科学资讯（ISI）评为材料科学领域世界高引用科学家，并当选世界科技联席组织院士会员。近三十余年来，刘锦川院士一直致力于加强中美的学术交流与技术合作，特别是推进在高温结构材料、高熵合金、块状非晶及高性能钛合金设计与制造等尖端领域的科学研究，为中国科学家在相关课题与领域的研究迅速进入国际先进水平做出了突出贡献。 张天隆博士：现任职于香港高等研究院(HKIAS)。2015年获西安交通大学理学学士学位，2021年获香港城市大学哲学博士学位。师从国际著名材料科学家刘锦川院士和王云志教授。张天隆博士近年来从事先进钛基合金的成分和结构设计，并在材料计算模拟-实验表征等交叉学科领域具有广泛的研究兴趣。主要研究方向包括基于增材制造(3D打印)的先进高性能合金设计；金属材料微观组织演化和相变路径的实验表征-相场动力学研究；以及亚稳态合金的力学响应和相变行为等。已在Science, Acta Materialia和Scripta Materialia等国际权威学术期刊上发表研究论文15篇以上，并申请2项相关专利和软件著作权，同时先后担任多个国际期刊与杂志的审稿人。 注：本文内容来自材料科学与工程，3D打印技术参考进行补充，研究方法已上传QQ群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.金属顶刊《Acta Mater》：增材制造高强铝合金的疲劳与动态时效！ 2.基于桌面金属3D打印的Ti64钛合金材料和工艺被突破，细数其难点和应用 3.北航Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金 4.性能媲美锻造，西工大黄卫东教授团队开发3D打印高强、高韧铝合金

10月19日，英国航空发动机制造商罗罗公司宣布，其正在通过3D打印技术设计和制造新型UltraFan发动机演示样机的关键结构，该发动机是罗罗未来民用航空发动机的标志性技术，将有助于重新定义未来数十年的可持续航空出行。 此次3D打印制造的结构为尾部轴承座 (TBH)，它是发动机内的关键结构部件，也是将发动机连接到飞机并承载所有相关载荷的两个部件之一。 3D打印制造的尾部轴承座 (TBH) UltraFan发动机演示样机是未来发动机系列的基础，具有增强的核心能力和新的齿轮结构，其效率将比第一代遄达发动机高25%。罗罗子公司ITP Aero使用增材技术为第一台UltraFan演示发动机设计并制造了尾部轴承座，采用自己的设计和制造标准使其能够更好地利用能源和原材料，与当前一代的生产流程相比，其制造成本节省了 25%。 TBH是一种关键结构部件，旨在承受所有操作条件下的负载。它包含支撑风扇轴的部分轴承，而风扇是发动机的主要推进元件。UltraFan TBH的可拆卸消音板也通过3D打印制造，可将涡轮机的声噪降低50%，降噪将成为未来技术的关键驱动力，罗罗计划在2050年实现约65%的降噪目标。 除了尾部轴承座采用3D打印技术之外，UltraFan发动机的中间压缩机壳也采用3D打印制造而成，GKN旗下航空航天公司负责设计和制造了该结构。 3D打印的UltraFan发动机中间压缩机壳 然而，罗罗并未公布3D打印零件的具体尺寸、材料以及打印机信息，但从结构上看，无论是尾部周承座还是中间压缩机壳，都属于多部件集成而来的一体化、大尺寸零件。3D打印在该领域能够发挥重大作用，能够将几十上百个零件合而为一。以GE Catalyst发动机为例，它是世界上第一台采用3D打印组件的涡轮螺旋桨发动机，新型的结构设计因为3D打印降低了制造复杂性，将此前通过传统工艺制造的855个零件经过结构优化减少为12个部件。零件数量的减少极大提高了生产效率，并将发动机的重量减少了5％，燃油效率提高了1％，显示出3D打印集成制造优势。 GE 3D打印的中框结构 传统上，此类部件过去多由多个零件通过焊接、螺栓连接等方式组装而成。如今，工程师通过结构优化，能够将该原来的零件集成在一起，形成一个复杂的单一零件结构，它无法通过传统铸造或机械加工制造，只有3D打印能够实现一体成型。由此产生的结果在于该部件不再需要装配，不仅减轻了重量，更排除了磨损的可能性。 一体化结构实现带来的制造效率和供应链结构优化效应同样非常明显。以GE Catalyst中框组件为例，在传统制造过程中，中框组件的300个零件需要50家供应商提供，然后由至少60名工程师先将其组装成7个组件，再装配成一个部件，维修点达到5处；而通过优化后采用3D打印制造，仅需要1台设备就可实现整个部件的直接制造，最多8名工程师便可实现最终部件的处理，维修点也变成了零件本身。 由此导致的制造效率提升是显而易见的，对于正在研发过程的罗罗UltraFan发动机尤其如此，3D打印将加快其研发速度。关于3D打印的使用以及在UltraFan计划中的作用，ITP Aero技术与工程执行总监表示，“通过对增材制造技术使用完善了我们专注于数字化制造的进程，并使ITP Aero成为更灵活、更有弹性和可持续发展的领导者，我们很自豪能够将这项技术应用于UltraFan等项目。” 铂力特大尺寸演示样件（820×820×400mm） 大尺寸零件的高精度3D打印不仅需要集成化的设计，同样离不开如今新一代的大型3D打印机。目前国际范围内可知的商用机型包括： GE：Concept Laser X Line 2000R，打印尺寸为800 x 400 x 500mm；SLM Solutions：NXG XII 600，打印尺寸为600 x 600 x 600mm；易加三维：EP-M650，打印尺寸为655 x 655 x 800mm；铂力特：BLT-S800，打印尺寸为800 x 800 x 600mm；华曙高科：FS721M，打印尺寸为720 x 420 x 420mm。融合增材制造高柔性设计优势与增材工艺适应性原则，通过整体化设计，集成典型轻量化特征、空间多尺度结构、异性曲面及流道等复杂特征，3D打印能够实现大尺寸部件与局部灵活可动性特征的整体制备。未来，将在航空航天和汽车制造领域发挥重要作用。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 2.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 3.视频回放：如何使用nTopology智能平台助力增材设计 4.增材制造用铜及铜合金材料发展现状概述

中国科学技术大学（以下简称“中科大”）是中国科学院所属的一所以前沿科学和高新技术为主、兼有医学和特色文科的综合性全国重点大学。学校于1958年9月在北京创建，郭沫若任首任校长。 过去，制度与理念的创新让中科大汇集了严济慈、华罗庚、钱学森、赵忠尧、郭永怀、赵九章、贝时璋等一批著名科学家；而现在，3D打印带来的教学方式的创新让中科大成为多项荣誉的青睐者，并为教学实力强力背书。 中国科学技术大学 研究时效缓慢催生3D打印技术引进 因为中科大的工程科学学院经常参加机器人领域的比赛，许多特制的零部件就需要委外加工，而委外加工的保密性暂且不说，光时效性与成本花费上就让人头疼。这些问题都不得不让中科大的老师寻找较好的替代方案，直到遇见了Rayshape 3D打印机。 中科大引进的部分Rayshape 3D打印机 2020年，中科大陆续引进了4台Rayshape Shape 1系列3D打印机，内含Shape 1和Shape 1 HD两种型号的设备。时尚的外观，优秀的性能，便捷的操作……都让学校老师们觉得相见恨晚。除工程学院用设备打印一些机器人零部件当做终端部件使用外，学校的其他学院也开始关注并试水Rayshape 3D打印机。 Rayshape 3D打印助力荣誉青睐 由于3D打印机的引进，中科大在2020年“中国高校智能机器人创意大赛”上的作品《吃药小帮手》突出重围，摘得桂冠。 中科大在2020年“中国高校智能机器人创意大赛”上摘得桂冠 “除了学生们的巧思妙想外，这些荣誉也与3D打印的引入分不开。”叶老师坦言，机器人设计领域基本上是数字设计主导的领域，3D打印工艺可以打印出无法通过机加工制作的零件，这是让“梦想照进现实”的真实写照。 中科大师生学习如何使用Rayshape 3D打印机 除此以外，3D打印提升了零件加工效率，降低了加工成本，让研究变得更加轻便经济，这些好处都让中科大的老师和学生们，一而再再而三的尝到甜头。 中科大使用3D打印的成本核算 叶老师算了一笔账，以机器人的一个小臂关节为例，机加工成本为800~1500元，时间为两周。而使用了3D打印后，成本缩减到80~150元，时间更是锐减到15小时内。 机器人小臂关节成本对比 因为Rayshape采用的DLP 3D打印技术，其原理为数字面曝光，也就是说，在打印的时候，DLP技术一次投影固化一个面层，这与FDM、SLA的3D打印技术相比，成型速度更快，尺寸精度和分辨率更高，对于打印复杂细节的零件来说更具优势。此外，打印一个零件与打印多个零件耗时一样，这充分满足了研究时所需要的小批量生产，可以第一时间制作完成原件与替换件。 Shape 1系列的特性 Shape 1系列产品基于 DLP 技术打造，具有高速度和高可靠度的特点，除了可以以更快的效率达成设计验证，更吸引人的地方在于，该系列产品配备了高性能的光敏树脂体系，可以以专业级 3D 打印机的投入，获得工业级解决方案的零件性能，将应用边界由外观原型，拓展至功能原型、模具、夹治具，甚至小批量终端部件的加工，应用点更多，投资回报率更高。 Shape 1系列 Shape 1 系列包括 Shape 1和 Shape 1 HD两款机型，前者成型尺寸大，后者则更为精密。如果不满足于打印外观样件，但又希望以较低的投入，实现更深度的 3D 打印应用，那么，Shape 1系列是上佳选择。 3D打印在教育领域的市场机遇 作为高科技的代名词，3D打印技术近年来先后在一、二线城市被引进科研高校甚至中小学教育，开展3D打印教育，无论对3D打印公司还是学校来说，都是非常有利的。前者可以从打印机和服务中获利，而后者可以更好地培养青少年的实践能力，这是双赢的战略。 左右滑动查看更多Rayshape 3D打印助力校企合作图片 3D打印将颠覆传统的教育方式，英国著名教师戴夫怀特曾说过：“如果你能抓住学生的想象力，你就能抓住他们的注意力!”毫无疑问，3D打印可以帮助老师们做到这一点。 科技技术的进步与突破，首先需要有一大批感兴趣的人，学生无疑是最好的群体。他们颇具好奇心与创造力，通过对技术进行渐进式研究，提出自己的想法和创意，再加上不断发展技术的力量，这必将促进3D打印技术的进一步发展。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.低成本，高效率丨DLP 3D打印高强复杂结构最终用途部件 2.开核桃、抬杠铃丨一款“高刚耐温、超精细、低蠕变”的功能性3D打印树脂 3.视频解读：如何应对大尺寸高性能材料3D打印带来的挑战 4.以面成型：让液态树脂、高分子粉末和金属材料3D打印的速度和规模呈百倍增长

nTopology是一款面向增材制造的高效设计平台，自推出之后获得了来自航空航天与国防、医疗、汽车以及消费产品领域的广泛用户。作为nTopology的大中华地区建立独家战略合作伙伴，安世亚太将于2021年10月14日组织召开“nTopology助力DfAM设计线上研讨会”，带来更直观的产品和技术体验。 基于增材设计思维创造的产品通常具有非常复杂的结构，设计仿真过程中会遇到很多问题和挑战。例如应用传统CAD软件生成复杂晶胞过程存在结构困难、模型修改过程重复劳动、点阵结构存储时数据量庞大、设计模型与打印设备之间需要数据格式转换等等问题。全面解决增材设计过程各种难题的增材设计平台nTopology应运而生。 nTopology是一款面向增材制造的高效设计平台，拥有超高的鲁棒性和响应速度。平台预置了大量增材制造常用设计工具包，工程师通过调用若干个预置工具包、或自主开发定制的工具包，建立一个工作流，实现复杂几何结构的参数化设计。nTopology集合了的强大几何建模和仿真分析功能，并充分考虑增材制造的工艺特点，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得设计流程自动化，大大提高设计效率。有了nTopology技术的补足，DfAM增材制造设计底层技术也更趋完整。 2021年10月14日，“nTopology助力DfAM设计线上研讨会”欢迎更多关注增材技术发展，有增材设计需求的设计、科研人员及管理者免费参与，一起了解增材设计思维新的技术应用工具和方法。1会议时间10月14日 14:00-15:002会议日程 主题 时间 主讲人 1 DfAM设计方法及软件工具经验分享 10分钟 寿晓星 报告摘要：报告将分享安世亚太对DfAM设计方法的理解及现有面向增材制造的软件工具。 2 nTopology的功能及算法介绍 30分钟 朱志达 报告摘要：报告将分享nTopology的概要介绍，面向增材制造的功能与优势，以及客户价值。 3 nTopology的案例演示 10分钟 朱志达 报告摘要：将演示轻量化设计、表面纹理、拓扑优化及工作流。 4 线上答疑 3参会方式方式一：方式二：查看文末海报获取直播间地址；还可以加入申请试用群，会议当天可申请为期30天的nTopology免费试用！4演讲人 寿晓星，法国化工过程硕士学位，安世亚太DfAM赋能业务部负责人。主要负责公司在增材赋能领域的业务推广工作。17年参与集团增材板块业务孵化及技术、业务推广、运营管理等工作。拥有10余年石油化工、核、机械行业工程咨询经历。荷兰海洋工程公司、英国咨询公司工作经历。 朱志达，中南林业科技大学热能与动力工程学士学位，安世亚太创成式设计工程师。着力于表面纹理、随形流道的创成式设计研究。2年内燃机研发经验，3年电子产品结构设计和热设计经验。熟悉产品开发流程，曾参与和领导多个产品的开发全流程。 10月14日“nTopology助力DfAM设计线上研讨会”，会议当天还可申请为期30天的nTopology免费试用~详情见图内！ 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.一款小程序，用于评估工业零件的增材制造潜力及工艺可行性 2.美国家增材创新中心：借助衍生式设计平台能创建出怎样的高级热交换器 3.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 4.贯通材料、设计和速度，打开3D打印应用的大门