机械金属超材料由互连的支柱、板、片或壳组成，其空腔或孔径范围为亚毫米到毫米级，通常以重复单元排列。它们是一类新兴的多功能材料，具有固体材料或传统多孔材料无法实现的多功能性。具有亚毫米至毫米通道直径的空心支柱晶格（HSL）金属超材料是机械超材料的新研究方向。粉末床激光熔融 (LPBF) 增材制造技术的出现让制造挑战逐渐消除，大大简化并能制造更为复杂的拓扑结构。 在此方面，墨尔本理工大学马前教授团队的研究备受关注，已发表的多篇研究涵盖多种材料（钛合金、铝合金及不锈钢）和多种晶格结构（实体晶格、空心支柱晶格、薄板空心支柱晶格拓扑结构、节点增强空心支柱晶格及不同取向等其他类型的结构）。尤其是于近两年发表的3D打印钛合金超材料与铝合金超材料的研究使人们对点阵/晶格材料的创新形式有了新的认识。 晶格/点阵结构创新 马前教授团队对晶格结构的重要研究方向是关于空心支柱晶格，这是一类新兴的晶格材料，与以往晶格结构不同之处在于其支柱和节点皆为空心，共同形成相互连接的通道网络。在相似的相对密度下，空心支柱金属晶格比实心支柱晶格具有更高的结构效率。 但虽如此，此类晶格的空心节点却存在严重的结构缺陷，这些缺陷源于复杂的空心节点区域应力集中。这些应力集中会导致局部椭圆化和裂纹，造成晶格结构过早失效。针对此问题，研究人员探索了多种结构加强方式。 节点加强形式 协同薄板拓扑两级相干架构 通常认为增加节点处的壁厚可以用作节点加固策略，但研究人员认为引入专门设计的亚毫米节点加固方法可能能够从根本上提高强度和刚度，但同时需要考虑避免粉末堵塞空心支柱。研究发现，引入节点加固可以有效减轻节点区域的应力分布，但这种策略仍然会导致负载未对齐的空心支柱中出现显著的接近零应力区域。另一种加强方式，是创建协同薄板+空心支柱晶格拓扑的两级相干架构，提供高机械强度的同时保持开孔结构。这种加强方式，又可衍生出多种具体的加强形势。 但总的来说，马前教授团队目前所开发的增强型空心支柱晶格的空心支柱晶格的相对屈服强度普遍位于经验模型上限之上，超过同类型的实体支柱晶格，且具有更低的材料密度。 3D打印钛合金超材料 于2023年12月31日发表的钛合金超材料获得了广泛关注，这种复杂的空心支柱晶格Ti6Al4V超材料，密度不超过1.8g/cm³，与镁合金相当，但屈服强度却远超镁合金。 LPBF工艺制造的Ti-6Al-4V试样 具体的说，研究人员将亚毫米厚的Ti-6Al-4V片层组成的简单立方单元嵌入到简单立方空心支柱晶格的中空空间中，可以轻松实现协同拓扑。因为支柱和板遵循一致的方向，无需晶胞操作。此外，这种拓扑结构旨在将所有负载未对齐的水平支柱牢固的互连到负载对齐的板，从而确保有效的应力分布，进而实现高结构效率。 研究团队3D打印的tc4空心支柱晶格 这一研究之所以备受关注，是因为所开发的钛多孔晶格拓扑超材料拓展了轻质多功能金属材料的边界。由于其密度低和高屈服强度，再加上Ti-6Al-4V固有的良好耐热性（高达350 °C）、显著的耐腐蚀性和生物相容性，它们可以用作高超音速飞行器等要求严格的热防护系统的核心结构。特别是，当用高温钛合金Ti-SF61打印时，它们可以进一步在高达600°C的温度下使用。这些重要的特性也使它们成为钛无人机的潜在选择材料。其他应用包括用作植入材料以及在国防和航空航天领域替代镁合金部件的轻质结构（更轻、更强、更耐热、更耐腐蚀）。 3D打印铝合金超材料 在获得以上成功的基础上，研究人员指出，所开发的钛合金超材料可能并非一直都是最佳的选择，因为钛合金粉末仍然很昂贵。该团队因此将目光锁定了另一种高性能材料——铝合金。 铝合金的激光粉末床熔融 (LPBF) 比Ti-6Al-4V等常见金属合金更具挑战性。首先，铝合金被观察到从高熔池温度到室温事存在大体积收缩；其次，高反射率和导热率需要更高的激光能量；此外，铝合金还具有低液相线温度（557°C），导致产生动态熔池。这些因素意味着AlSi10Mg很可能存在几何缺陷和粉末堵塞中空通道。 为了实现完整打印且不会残留粉末，研究人员确定了铝合金晶格结构的最小壁厚、最小内径、加强方式以及扫描策略。最终使用简单高效的双边界扫描策略，制造了具有高保真内部和外部轮廓以及可忽略不计的容留获粉末的复杂AlSi10Mg空心支柱晶格结构。该结构达到了仿真模型相对屈服强度的经验上限，与实体支柱晶格结构相当。而具有相当相对密度的Ti-6Al-4V、AlSi10Mg和SS316L的固体支柱晶格通常低于该上限。此外，空心支柱晶格在绝对密度低得多的情况下，绝对屈服强度、弹性模量均与实体支柱晶格相当，从而开发出了基于AlSi10Mg空心支柱晶格的具有轻质和高效结构的超材料。 研究团队3D打印的AlSi10Mg空心支柱晶格 这种铝合金超材料因其独特的性能和优势，对提高火箭、卫星和飞机等飞行器的整体性能和效率，提升汽车的性能和安全性，增强电子设备的散热性能，同时在高性能运动器材制造中也表现出应用潜力。 END 总的来说，马前教授团队所开展的空心支柱晶格超材料3D打印已成为独具特色的研究方向。凭借高强度、轻质化和多功能性等非常规特性，以及创新的制造技术、降低材料成本，拓展了应用深度，提升了产品结构效率，推动了工业设计和制造的发展。 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。

据3D打印技术参考了解，易加三维最近成功建造了一款 高度超过1.3米的单件式3D打印火箭推进器，并且充分利用了其EP650-1500打印机的大尺寸构建能力。这款200kN的推进器 使用LEAP 71大型计算工程模型设计 。 据了解，易加三维与设计团队紧密合作，将这一挑战性的设计变为现实。火箭发动机采用铝合金打印，采用了双重冷却策略：主燃烧室使用低温液氧进行再生冷却，而喷嘴的上部则使用煤油进行冷却。打印质量非常出色，整个过程连续打印了354小时（超14天），无需后处理，打印后的表面质量非常优秀。 EP-M650H-1500采用金属粉末床熔化技术，成型室可达657*657*1600mm，可选配四/六/八激光器，多激光精准定位+拼接区精度控制技术，保证设备的高质量、高效率及高稳定性打印。可打印钛合金、铝合金、高温镍基合金、模具钢、不锈钢、钴铬钼等材料，适于航空航天等领域大尺寸、高精度和高性能零部件的直接制造。 这款推进器将在Formnext展览会的易加三维展位展出。这一成果展示了金属3D打印技术在解决具有挑战性的应用和打印大型功能集成部件方面的优势。

近日，中体新材凭借先进的创新生产技术，正式成为空客公司高强铝合金Scalmalloy®3D打印材料生产与销售官方授权的中国首家粉末厂商。同时中体新材自主研发的AMP生产线，实现了高品质、高产量、低成本的规模化生产，此次与空客的合作标志着中体新材在3D打印金属材料行业的领先地位，更为国内金属3D打印行业的发展注入了新的活力。 十年应用验证，专利保护极强，国内生产售价大幅降低 Scalmalloy®是空客集团全资子公司APWORKS开发并商业化应用成功的业内首款高强3D打印铝合金，具有卓越的力学性能和耐腐蚀性能。自2014年商业化以来，Scalmalloy®已在航空航天、汽车制造等多个领域获得广泛验证。 空客集团对该材料在欧洲、美国、中国等地均实施了严格且宽泛的专利保护，造成其他材料开发企业在涉足该领域时面临严峻的挑战和限制。有部分新近推出的高性能铝合金，实际上仍面临专利风险，这直接导致相关产品无法在国内3D打印企业组团出海的背景下面临窘境。 在国内正在诞生大量高性能3D打印高强铝合金的情况下，Scalmalloy® 获准在中国生产这一事实仍值得关注。主要包括以下几个方面： ● Scalmalloy® 已经获得广泛的行业验证，这对于航空航天、汽车等高科技领域至关重要。国内虽有同类型材料，但在行业验证方面，尚难以与之匹敌。 ● 本土化生产，带来成本极大降低。据3D打印技术参考了解，此前该材料的进口价格近300美元/kg，国内鲜有应用；而如今中体新材AMP生产线批量生产的价格可降到约100美元甚至更低。 中体新材因粉末质量和价格优势被空客授权 APwork收集了多家全球铝合金粉末供应商的样品和报价，中体新材具有最佳的质量和价格优势，因此被其授权在国内生产该材料。中体新材作为APWORKS正式认证的生产厂商，确保了Scalmalloy®的专利技术在中国的合法使用和保护，满足市场合法使用该高性能铝合金材料的迫切需求，更为航空航天、汽车制造、高端电子设备等多个行业的产业升级提供了强有力的支持。 APWORKS公司首席执行官Jon Meyer表示：“我们认为这项协议对整个行业来说都非常重要。中体新材展现出了高水平的生产能力和质量控制，他们的粉末产品取得了优异的结果。我们期待与中体新材合作，进一步提升Scalmalloy®粉末的经济性和可用性，以造福整个行业。” 在生产过程中，中体新材严格遵循空客集团的技术标准和质量控制要求，确保每一批生产的Scalmalloy®材料都具备稳定的质量和卓越的性能，包括高拉伸强度、高屈服强度和良好的延伸率，这些性能指标均优于传统的7系铝合金，并严格控制空心粉与卫星粉的比例，确保打印成品的卓越品质。 Scalmalloy®的卓越性能 ● 轻量化先锋 Scalmalloy®的密度较低，适用于需要减轻重量的应用场景。轻量化不仅能提高产品的能效，还能显著降低运输和操作成本。Scalmalloy®密度仅为2.67 g/cm³，同体积下，比钛合金轻约60%，可以显著降低结构重量。空客公司使用Scalmalloy®打印出一辆的轻型机车，重量仅有35kg，也是世界上第一辆3D打印的摩托车。 ● 强度与韧性并重 Scalmalloy®拥有高抗拉强度和断裂韧性。Scalmalloy®的抗拉强度为520MPa，屈服强度480MPa。在高应力条件下，Scalmalloy®仍能保持良好的延展性，断裂伸长率达到10%以上，确保了结构在复杂应力状态下的安全性与可靠性。 为验证其出色的力学性能，中体新材通过一系列严谨的测试，在不同条件下对Scalmalloy®的拉伸性能进行了全面评估。实验结果显示，无论是在未经热处理还是热处理后的状态下，Scalmalloy®均展现出了优异的强度与韧性平衡，为航空航天、汽车制造及高端电子设备等领域的应用提供了坚实的材料基础。 未经热处理的拉伸性能 热处理后的拉伸性能 其卓越的机械性能使其在高应力环境中表现出色，确保了结构的安全性和耐久性。 中体新材Scalmalloy®应力应变曲线 中体新材将Scalmalloy®的生产成本大幅降低 除了高水平品质控制，中体新材在Scalmalloy®材料的生产上还具有技术和价格成本优势。中体新材自主研发的AMP生产线，通过革新性地将传统单炉次生产模式升级为连续无间断生产流程，实现了高品质、高产量的规模化生产，同时显著缩短了产品交付周期，提高了生产效率并降低了成本。通过深度优化生产工艺与流程，中体新材成功地将Scalmalloy®这一高性能金属3D打印材料成本大幅降低，进而有效加速了Scalmalloy®在金属3D打印行业的广泛应用与普及。 在航空航天，汽车，机器人，低空经济等新兴智能制造领域，轻量化已成为提高产品性能和降低能耗的关键因素。Scalmalloy®材料将以其优异的性能为各类产品增添价值，推动行业创新与发展，展现出强大的市场潜力和应用前景。 中体新材一直致力于技术创新和成本优化，未来，中体新材将继续加大研发投入，不断提升自身的技术实力和生产能力，以推动增材制造行业规模化生产。中体新材诚邀您共同探索Scalmalloy®的无限可能，如需了解更多信息，欢迎访问即将举办的Formnext CNPC Powder展位12.0 B42，或访问中体新材官方网站 www.cnpcpowder.com。 注：本文信息来源于中体新材科技有限公司的官方声明及空客集团的相关资料。Scalmalloy®材料的性能数据和应用前景均基于现有研究成果和市场分析，仅供参考。具体使用效果可能因应用场景和工艺条件的不同而有所差异。

3D打印技术参考于8月27日注意到，业内首款先进铝合金Scalmalloy的开发商APWORKS，已成功开发此前材料的新变体——Scalmalloy CX。其被称之为是材料科学领域的一次重大飞跃，尤其适合极端低温环境应用。它可在-251℃保持优秀的机械性能，从而彻底改变航空航天等对于性能与重量要求极为严苛的材料要求。 Scalmalloy铝合金第二代创新变体 Scalmalloy CX是Scalmalloy系列的最新变体，继承了该系列铝镁钪(AlMgSc)合金的元素体系，该系列最初由空客集团打造。最初版本——Scalmalloy RP专为3D打印工艺开发，展现出了惊人的强度，是传统铝合金粉末强度的近乎两倍，从而树立了行业标杆。 APWORKS一直致力于提供兼具优异疲劳抗性与韧性的定制化材料解决方案，Scalmalloy RP在航空航天、汽车制造及机器人技术等领域的广泛应用，为Scalmalloy CX的诞生奠定了基础。Scalmalloy CX不仅继承了初始版本的优点，更在低温环境这一传统材料易失效的领域展现出非凡的性能， 性能卓越，代替钢材，引领低温应用 Scalmalloy CX的设计精髓在于其能在低至-251°C(22K)的极端低温下，仍能保持出色的断裂韧性与延展性，使其成为低温应用的理想之选。其独特的低温稳定性，使其即便在极端应力下，也能确保结构的完整性不受损害，这在液态氢存储与泵送等高风险应用中尤为重要，有效避免了因材料失效可能导致的灾难性后果。3D打印技术参考注意到，在此前，这些应用使用不锈钢部件，钢材虽然可靠，但高密度无疑会增加航天发射的成本。Scalmalloy CX的低密度和“优异”性能“使其成为下一代氢推进技术的理想选择”。 尤为值得一提的是，Scalmalloy CX在低温环境中展现出的高延展性，使其能够轻松应对动态应力，这对于氢推进系统等需承受剧烈热与机械负荷的应用场景而言，无疑是一大福音。此外，其低密度特性完美继承了Scalmalloy RP的优点，为航空航天业带来了显著的重量减轻效益，每一克重量的节省都能转化为性能上的大幅提升，而传统不锈钢部件在低温应用中的笨重则显得相形见绌。 产学研合作，共创辉煌 在Scalmalloy CX的开发历程中，APWORKS与卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的紧密合作发挥了至关重要的作用。KIT在低温条件下对Scalmalloy CX进行的严格测试与验证，为其实际应用奠定了基础。这种产学研合作模式，充分展示了跨学科合作在推动材料科学进步中的巨大潜力。 Scalmalloy CX与金属3D打印技术的完美融合，为其应用开辟了无限可能。3D打印技术赋予了Scalmalloy CX更宽泛的设计自由度，使工程师能够创造出传统制造方法难以实现的复杂几何形状部件。结合拓扑优化与仿生设计等先进手段，Scalmalloy CX的潜力被进一步挖掘，实现了部件在减轻重量的同时增强功能与耐用性的双重目标。 END 根据3D打印技术参考的市场观察，当前高性能3D打印铝合金已经诞生出众多变体。例如中强铝、高强铝、超高强铝、耐温铝、高导热铝、可阳极氧化铝等，这些不同种类的材料变体能够满足多种多样的应用场景。 然而，APWORKS公司无疑再一次开辟了极低温环境的新应用场景。Scalmalloy CX的推出为多个行业带来了新的应用可能，其独特性能更预示着在太空探索、医疗技术及储能等众多领域的广泛应用前景。 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： 1.3D打印高性能铝合金多企业最新发展概况2024，多样化特性解锁无限应用潜力 2.吕坚院士、毛新平院士等团队3D打印迄今最强铝合金！屈服强度达656MPa！ 3.更易热处理和表面处理！一种新3D打印铝合金成为应用宠儿 4.铝合金3D打印大综述：增材制造过程中的缺陷控制和微观结构

增材制造行业正以超过20%的复合年增长率增长，到2030年，全球将有超过270万台3D打印设备。医疗、航空航天和汽车均是利用增材制造技术快速增长的热门行业。随着这些行业不断寻找3D打印技术的新应用，打印材料的物理性能正在被推向极限。 汽车增材制造市场的各个方面都将不断增长，到2029年该行业的产值将达到100亿美元 金属3D打印的工艺种类多种多样，由于许多实际原因，如高精度、高制造质量，易于后处理及原材料回收等，激光粉床熔融 (LPBF) 是最广泛使用的技术。为了实现具有高传热性能零件的精确打印，选择最合适的打印粉末至关重要。因并非所有金属粉末都能应对热交换器的恶劣环境，材料的热导率、耐腐蚀性和强度等均是影响因素，3D打印技术参考此前曾详细介绍了可用于热交换器3D打印的金属粉末种类。 Conflux是全球领先的采用3D打印技术开发热交换器的企业，该公司增材制造工程师Ian Fordyce博士强调，““对于高性能热交换器，我们一直在努力使壁和翅片尽可能薄，我们处理的厚度与粉末的粒径和激光光斑尺寸处于同一数量级。因此，小至10微米的误差对我们来说意义重大。这可能会减少我们可以放入热交换器中的翅片数量，并影响表面粗糙度并增加壁厚，所有这些都会降低热交换器的热性能。” 精确的构建可实现紧密封装的组件并轻松组装最终产品 高性能金属打印粉末的特点 选择材料的第一步是了解其可打印性，不同粉末的可打印性可能存在巨大差异，可打印性定义为材料物理打印几何形状而不导致构建失败的能力。例如，硬钢和镍合金在打印过程中会产生残余应力和翘曲，导致它们脱离打印平台并与铺粉机构相撞。即便完成打印，材料的密度也会较低，携带可能导致故障的孔洞。 实现高质量构建的关键是使用具有一致粒度分布和最佳成分的粉末。为了保证这一点，Conflux遵循严格的质量控制程序，使用光谱分析和拉伸棒的机械测试来跟踪新粉末和回收粉末的成分。这不仅可以监测粉末中每种成分的含量，还可以监测回收过程中形成的氧化层的量。 使用具有一致粒度分布和最佳成分的粉末可以实现复杂的翅片设计 一旦粉末被认为是可打印的，重点就会转移到分析打印材料的物理特性。用于某些热交换器的合金需要应对800°C以上的温度。除此之外，由于汽车、航空航天和能源应用中使用的冷却剂种类繁多，它们还需要具有高疲劳寿命和耐腐蚀性。 Ian Fordyce博士表示，“当谈到热性能时，对我们来说最重要的特性是强度。如果我们可以使用强度更高的材料，那么就可以让壁厚设计的更薄，从而缩短传热路径，最终使热交换器的性能更高。大多数人认为导热率也很重要，但我们发现，对于我们正在处理的壁厚，导热率变得不那么重要。例如，铜的导热率比铝更高，但如果我们必须使壁更厚以使铜部件足够坚固，则会导致整体预成型热交换器性能更差。因此，如果能让壁更薄，则可以牺牲导热率。“ 可用于热交换器3D打印的粉末类型 热交换器的3D打印制造材料有多种选择，需要考虑的主要特性包括密度、导热性、增材制造的加工性能以及最后的成本。最合适的材料要根据组件要求、工作环境和边界条件进行选择。 01不锈钢 Conflux所使用的材料之一是316不锈钢，它是一种相对稳定的合金，适用于需要高耐腐蚀性的高温和低温恶劣环境。这使其非常适合制造石油和天然气行业的工具和机械部件以及与腐蚀性物质接触的发动机部件。 然而，它相对较重，因此不适合航空航天或赛车运动中的轻量化应用。与铝合金相比，它在打印过程中还会经历更高的翘曲和残余应力。 02钛合金 钛是一种强度极高且轻质的材料，非常适合航空航天和赛车应用，特别是钛合金，例如Ti64。自2017年以来，空客已在A350客机的机门上安装了3D打印钛零件，最近还在德国开设了增材制造中心，为直升机和轻型城市飞行器生产零件。它还具有高耐腐蚀性，可以通过氧化物涂层进一步增强。 03铜合金 铜的高导热性使其成为散热器和热交换器等热应用以及母线和感应线圈等电子元件的理想选择。不幸的是，使用大多数3D打印机中使用的激光波长类型进行打印可能很困难。材料制造商已经认识到这一点，现在正在添加合金元素来制造高比例的铜合金，例如铜锆和铜铬。这些材料更易于打印并保持高导热性，除此之外，目前具有更高吸收率的绿光3D打印机商业化也正在快速发展。 04铝合金 AlSi10Mg等铝合金是3D打印行业最常用的材料之一。这主要是因为与其他合金相比，铝凝固后产生残余应力开裂的可能性较低，这是它几十年来一直用于铸造的原因。 铝是钛的更便宜的替代品，因此经常用于航空航天、汽车和赛车运动。空客和波音等公司继续为其飞机、直升机和卫星制造3D打印铝部件，后者通常具有 500多个增材制造部件。铝还可用于打印一级方程式热交换器和汽车活塞，如保时捷911 GT2 RS车型的活塞。最近，在改善比AlSi10Mg具有更高强度和耐腐蚀性的铝合金的可打印性方面取得了很多进展。 05镍基合金 Inconel和Monel K500等镍合金在极端温度下仍能保持强度，并且耐高腐蚀性液体，使其非常适合火箭应用、燃气涡轮发动机零件和其他航空航天涡轮机械。然而，可打印性可能是一个问题，因为镍合金在打印过程中往往会产生残余应力和开裂。这些构建失败的风险使得这种材料的打印成本昂贵，因此通常仅用于非常特定的应用。 当今的增材制造技术可以打印比以往更复杂的几何形状。然而，只有为正确的应用选择最合适的粉末，这些零件才能真正实现高性能。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请联系授权。 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.干货综述：3D打印制造热交换器的五种材料选择及性能差异 2.综述：热交换器与3D打印、拓扑优化、晶格结构以及航天应用 3.电化学3D打印纯铜CPU热交换器，为AI芯片散热带来新机会 4.AMCM为自家3D打印机批量配备3D打印的热交换器

开发具有中空通道的3D打印超材料是墨尔本理工大学马前教授团队的重要研究方向，并在钛合金空心支柱晶格（HSL）超材料方面取得重要研究进展，其表现出比实心支柱晶格 (SSL) 高得多的结构效率，拓展了轻质多功能金属材料的边界。但研究人员指出，所开发的钛合金超材料并非一直都是最佳的选择，因为钛合金粉末仍然很昂贵。 铝合金在机械强度、较低密度和降低成本之间提供了折衷，同时还具有高耐腐蚀性，从而也能成为超材料开发的重要备选材料。3D打印技术参考注意到，该课题组于近日新报道了复杂AlSi10Mg空心支柱晶格超材料的3D打印制备及其力学性能研究。 然而，由于三个基本原因，铝合金的激光粉末床熔融 (LPBF) 比Ti-6Al-4V等常见金属合金更具挑战性。首先，铝合金被观察到从高熔池温度到室温事存在大体积收缩；其次，高反射率和导热率需要更高的激光能量；此外，铝合金还具有低液相线温度（557°C），导致产生动态熔池。这些因素意味着AlSi10Mg很可能存在几何缺陷和粉末堵塞中空通道。马前教授团队新发表的论文“AlSi10Mg hollow-strut lattice metamaterials by laser powder bed fusion”，研究了AlSi10Mg空心支柱晶格（HSL）的 LPBF可制造性及其机械性能。确定了高保真LPBF制造的AlSi10Mg空心支柱通道直径、壁厚和扫描策略。 (a) FCC 和 (b) FCC拓扑空心支柱晶格模型。(c) FCC_1B、(f) FCCZ_1B、(d) FCC_2B、(g) FCCZ_2B、(e) FCC_3B 和 (h) FCCZ_3B。蓝色代表空心支柱墙，而浅红色代表内部轮廓 内部横截面的 μCT 表征，取自每个 AlSi10Mg 空心支柱晶格的第一晶胞层的中心 (a) 相对屈服强度和 (b) 相对弹性模量与相对密度：AlSi10Mg 空心支柱晶格与 Ti-6Al-4V、Inconel 625、SS316L、CoCr 和 AlSi10Mg 实心支柱晶格的比较 研究发现，使用简单高效的双边界扫描策略，可以通过LPBF技术制造具有高保真内部和外部轮廓以及可忽略不计的容留获粉末的复杂AlSi10Mg空心支柱晶格结构。然而，若要实现完整打印且不会残留粉末，最小壁厚为0.4毫米，最小内径为0.7毫米。 压缩测试表明，所制造的AlSi10Mg空心支柱晶格结构（HSL）达到了Gibson-Ashby模型相对屈服强度的经验上限，与实体支柱晶格结构相当。而具有相当相对密度的Ti-6Al-4V、AlSi10Mg和SS316L的固体支柱晶格(SSL) 通常低于该上限。此外，空心支柱晶格在绝对密度低得多的情况下，绝对屈服强度、弹性模量均与实体支柱晶格相当，从而开发出了基于AlSi10Mg空心支柱晶格的具有轻质和高效结构的超材料。 研究团队3D打印的AlSi10Mg空心支柱晶格 此外，AlSi10Mg空心支柱晶格的屈服强度与此前报道的等效拓扑Ti-6Al-4V空心支柱晶格比较时，会观察到几乎完美的相关性，表明空心支柱晶格的高结构效率取决于拓扑结构而不是材料。考虑到材料成本低、耐腐蚀性好和密度低，AlSi10Mg空心支柱晶格有望找到良好的潜在应用。 潜在应用领域分析 铝合金超材料因其独特的性能和优势，在多个领域具有应用潜力。 首先，铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其成为航空航天领域的理想选择。它可以用于制造飞机、火箭和卫星的结构件，提高飞行器的整体性能和效率。 其次，在汽车制造中，铝合金晶格超材料的应用有助于提高汽车的性能和安全性。可以用于制造汽车的车身结构、底盘和悬挂系统，实现汽车的轻量化。 第三，在电子领域，由于铝合金晶格超材料具有良好的导电性和热导性能，在电子领域的应用逐渐增多。可以用于制造电子设备的散热器、导线和其他关键部件，进一步提高设备的散热性能，并增加其可靠性和稳定性。 第四，在高性能运动器材制造领域，铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其在高性能运动器材制造中备受青睐。例如，它可以用于制造自行车框架、高性能滑雪板、帆船桅杆等，提高器材的性能和耐用性。 第五，在微机电系统领域，铝合金晶格超材料在微机电系统领域也有广泛的应用。由于其微小的晶格结构和良好的机械性能，为微机电系统的发展提供有力支持。 需要注意的是，铝合金晶格超材料的具体应用还取决于其晶格结构、制备工艺以及性能优化等因素。随着科技的不断进步，铝合金晶格超材料的应用领域还将进一步拓展，为各个行业带来更多的创新和发展机遇。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请联系授权。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.史玉升教授&吕坚院士团队：3D打印微晶格超材料！实现突破性的结构-功能一体化 2.重磅研究：3D打印轻质高强钛合金超材料 3.3D打印功能晶格结构对力学性能和失效性能的影响 4.史玉升教授团队：高能量吸收梯度仿生超材料的设计和3D打印

2024年2月３日，智星二号A星（济高科创号）搭载中国长征火箭有限公司的捷龙三号遥三运载火箭在广东阳江附近海域点火升空，卫星顺利进入预定轨道，太阳翼和二维扫描雷达相控阵天线顺利在轨展开，卫星建立对日姿态，发射任务取得圆满成功。智星二号A星的成功入轨，标志着智星空间具备了200公斤及以上级别整星研制能力，以及X波段SAR载荷的总体设计能力，成为国内第一家具备卫星与雷达载荷一体化设计的商业航天公司。 智星二号A星（SmartSat-X1星）是智星空间自主研发的、采用星载一体化设计的合成孔径雷达（SAR）卫星。该设计采用平板构型设计，适合未来的一箭多星串联发射，因此对零部件的轻量化及小批量快速制造有着较高的需求。金属3D打印技术在加工商业航天大尺寸、复杂结构零部件时具有先天优势，并可以在保证零件质量性能的同时实现零件的批量生产，帮助客户降本增效。 铂力特为智星空间打印了1件卫星星体结构和3件阵面板结构。其中阵面板结构外形尺寸为1300mm×980mm×20mm，星体结构外形尺寸为1300mm×1126mm×335mm，是目前国内在轨应用的最大3D打印卫星结构。星体结构和阵面板均采用AlSi10Mg材料，为大尺寸蒙皮点阵结构，蒙皮厚度和点阵丝径设计仅0.5mm。铂力特产品团队充分分析了零件的特点及使用工况，通过工艺攻关，解决了大尺寸面板类蒙皮点阵结构零件变形的难题。同时用两台铂力特BLT-S1000设备并行打印，保证了项目进度，助力智星二号A星成功发射，后续将持续开展在轨测试工作。 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.又一大型增材展！2024 AM China 3D打印展五展联动 2.2024年13份重要的增材制造科研期刊 3.2024 TCT亚洲展预约参观通道正式开启！ 4.第六届SAMA增材制造大会暨联泰科技分论坛流程公示

3D打印技术参考注意到，NASA于10月19日发布消息称，其最近成功测试了由3D打印制造的铝合金火箭发动机喷嘴。此前由3D打印制造的火箭发动机喷嘴材料通常为镍基高温合金、铜合金或不锈钢，由铝合金制造喷嘴是第一次报道。材料的改变使喷嘴更轻，可携带更多有效载荷，从而为深空飞行奠定基础。 根据该机构的合作机会公告，NASA马歇尔太空飞行中心的工程师与Elementum 3D公司合作，开发了一种可焊接铝，其耐热性足以用于火箭发动机。与其他金属相比，铝的密度较低，可用于制造高强度、轻质的部件。 然而，由于铝对极热的耐受性较低且在焊接过程中容易破裂，因此到目前为止，铝通常不用于火箭发动机零件的增材制造。此前，NASA发起了名为Reactive Additive Manufacturing for Fourth Industrial Revolution Exploration Systems (RAMFIRE-ACO，用于第四次工业革命探索系统的反应增材制造)项目，以期为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。该项目下，NASA与 Elementum 3D合作，通过工艺开发、表征和测试来推进高强度铝合金的大规模定向能量沉积 (DED)工艺制造，并使供应链可供更广泛的航空航天、汽车和其他行业使用。 先进铝合金是具有高强度、高导热性和低重量的理想组合，使其成为许多复杂运载火箭结构的理想选择。高强度铝合金的使用受到这些合金较差的可焊性和可打印性的限制。Elementum 3D利用获得专利的反应增材制造 (RAM) 技术开发了一系列用于激光增材制造的可打印高强度铝合金。这些原料的强度等于或超过可比的高强度锻造铝合金，同时与锻造铝合金不同，它们还可以焊接和3D打印。这些铝合金目前被用于太空、航空航天和汽车行业，并为新的创新设计铺平了道路。RAMFIRE项目将把这些铝合金发展至大规模DED工艺，为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。  带有整体通道的大型气动塞式演示喷嘴的制造工作正在进行中 NASA和Elementum 3D将所开发的变体铝合金命名为A6061-RAM2，并使用其进行喷嘴打印。火箭喷嘴具有小的内部通道，基于再生冷却原理防止熔化。使用传统的制造方法，喷嘴可能需要多达一千个单独连接的零件。RAMFIRE喷嘴采用一体式设计，所需的连接大大减少，并显著缩短了制造时间。  NASA的月球到火星目标需要能够向深空目的地发送更多货物，这种新型合金可以在制造能够承受高结构载荷的轻型火箭部件方面发挥重要作用。STMD先进制造首席技术专家John Vickers表示：“质量对于NASA未来的深空任务至关重要。像这种成熟的增材制造和先进材料项目，将有助于发展新的推进系统、太空制造和月球、火星及其他任务所需的基础设施。” 铝合金火箭喷嘴成功测试 今年夏天早些时候，两个RAMFIRE喷嘴使用液氧和液氢以及液氧和液甲烷燃料配置完成了多次热火测试。由于压力室超过825磅每平方英寸 (psi)（超过预期的测试压力），喷嘴成功累积了22次启动和579秒（接近10分钟）的运行时间，这表明喷嘴可以在最苛刻的深空环境中运行。 NASA工程师在成功进行热火测试后检查RAMFIRE喷嘴 “这个测试标志着喷嘴的一个重要里程碑，在对喷嘴进行一系列严格的热火测试后，我们证明了该喷嘴能够承受月球着陆器规模发动机的热、结构和压力负载。” 除了成功建造和测试火箭发动机喷嘴外，RAMFIRE项目还使用RAMFIRE铝材料和增材制造工艺来建造其他先进的大型部件用于演示目的。其中包括直径为 36英寸（914mm）的气动塞式喷嘴，其具有复杂的整体冷却通道和用于低温流体应用的真空夹套罐。 采用A6061-RAM2 铝材料开发真空夹套制造演示罐，该组件专为低温流体应用而设计，设计有一系列壁厚约为1.5mm的整体冷却通道 NASA和行业合作伙伴正在努力与商业利益相关者和学术界共享数据和流程。多家航空航天公司正在评估这种新型合金和LP-DED增材制造工艺，并寻找将其用于制造卫星和其他应用部件的方法。 与标准生产技术相比，增材制造的零件可以提供复杂的几何设计，并大大节省成本和进度，为推进系统的设计开辟了新的领域。材料选择在系统设计、性能和重量方面也发挥着重要作用。 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.ORNL和NASA合作，3D打印一体式月球车车轮，减少组装 2.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 3.62页成果下载：ASTM发布由NASA支持的增材制造现场监控技术战略指南 4.NASA着力开发火箭发动机的多合金和多工艺增材制造

宁波众远新材料科技有限公司是依托于气雾化制粉技术，致力于金属材料创新的国家级高新技术企业，公司与中国科学院、浙江大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学和上海大学等多家科研院所有着紧密的合作关系。 公司主要产品为各类金属粉末，包括高温合金、铝合金、钛合金、模具钢和不锈钢等，在9月12-14日的TCT增材制造亚洲展期间，众远新材料将携几款出色的3D打印材料与广大用户见面，包括自主设计开发的新型铝合金材料ZY6061及高温合金材料GH4099、鞋模材料XM-7。其展位位于 4.1馆N05展位，众远新材料期待与各位增材制造领域专家进行深入探讨与交流。 铝合金ZY6061是在传统6061的基础上重新设计了成分，使该材料能够应用于增材制造。其具有良好的焊接性和导热性，并且能用于阳极氧化着色，提高打印部件的耐腐蚀性。 XM-7是一种模具钢材料，该材料在3D打印鞋模及手板等产品的应用潜力十分突出。由于其硬度与强度高于316L不锈钢，大大提升了模具的使用寿命。XM-7模具钢可以支持模具企业利用电解方法进行表面处理，去除悬垂位置的表面毛刺，便于鞋模企业进行咬花处理，修补支撑边缘的花纹。同时该材料还支持使用电镀方式进行后处理，提升模具耐用性。 GH4099是一种Ni-Cr强化的镍基高温合金，其正常工作环境为900℃，特殊情况下可在1000℃高温环境下短期使用。GH4099具有较高的热强性，组织稳定，冷热加工成形和焊接工艺性能优异，适用于如航空发动机燃烧室和加力燃烧室等高温增材制造结构件的制造。 众远新材料分别将于以下时间举行新材料的推介会： GH4099产品推介会将于9月12日14：00时举行； XM-7产品推介会将于9月12日15：30举行； ZY6061产品推介会将于9月13日14：00时举行。 届时可与该公司工作人员沟通交流。众远新材料依托经过验证的质量管理能力，强大的材料创新能力，有望成为值得信赖的材料开发合作伙伴。 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.大幅面、高温、高速、增减材一体！工业级FFF挤出3D打印设备重磅新品 2.干货综述：3D打印制造热交换器的五种材料选择及性能差异 3.升华三维将携大尺寸金属/陶瓷材料挤出装备亮相TCT 3D打印展 4.一类重要且有前途的3D打印金属材料——氧化物弥散强化合金

激光增材制造Al-Mg-Si合金长期存在粗大柱状晶和连续热裂纹的问题，限制了应用领域。近期北京理工大学的科研人员展示了一种新颖而简单的层间暂停 (IP) 策略，消除Al-Mg-Si合金热裂纹，从而提高通过激光熔化沉积 (LMD) 制造的Al-Mg-Si合金的机械性能。研究发现增加层间暂停时间不仅有利于细化粗柱状晶粒，而且抑制晶粒沿打印方向的生长趋势，并诱导柱状晶向等轴晶转变。此外适当的层间暂停时间可以消除沿柱状晶界的热裂纹并降低孔隙率的数量；但是进一步延长层间暂停时间会导致形成大量长的水平板条状裂纹。激光熔化沉积过程中极快的凝固抑制了初级金属间化合物颗粒的形成，促进了时效硬化析出物的析出。采用每层8s的最佳层间暂停策略，激光熔化沉积合金在热处理后表现出281±1MPa的屈服强度和18%的伸长率，显示出比铸造和锻造铝合金更好的机械性能。该层间暂停策略为未来激光熔化沉积制造高强度铝合金提供了指导方针。相关研究成果以“Design strategy for eliminating cracking and improving mechanical properties of Al-Mg-Si alloys fabricated by laser melting deposition”为题，发表于增材制造top期刊《Additive manufacturing》。 原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860423001264 Al-Mg-Si铝合金是一类重要的可热处理合金，具有高比强度和良好的耐蚀性，广泛应用于汽车、船舶和建筑行业的大型结构零件。作为变形铝合金在铸造后一般需要挤压、轧制或锻造加工成成品。然而这种传统的铸造-变形-切割减材制造已经越来越难以满足高效和环境可持续性的先进制造需求。增材制造为近净形金属部件的制造带来了巨大的机遇。激光熔化沉积（LMD）是一种应用广泛且前景广阔的增材制造方法。与激光选区熔化（SLM）相比，激光熔化沉积具有更高的制造速度和更高的灵活性，因为打印时无需预先铺设金属粉末，也没有模具的限制。因此激光熔化沉积更适合制造大型金属零件，尤其是结构复杂的零件，更能满足实际工业生产对结构的需求。为解决激光熔化沉积铝合金的热裂问题，已经进行了许多专注于工艺参数优化的研究。激光能量相关参数是研究最广泛的参数。研究人员发现，适当的激光能量输入，如更高的激光功率、更低的扫描速度，可有效缓解激光熔化沉积铝合金的热裂纹。激光熔化沉积铝合金中的热裂纹也可以通过添加成核剂来抑制，然而过多的成核剂添加会导致延展性下降，成核剂将是回收铝合金时需要考虑的问题。由逐层制造模式引起的各层沉积之间的层间停顿通常被认为会导致严重缺陷和机械性能受损。然而在某些合金中（例如Ti-6Al-4V、不锈钢和 Inconel 625） , 层间停顿是一个有用的增材制造处理参数。例如，层间停顿可以触发镍铝纳米沉淀并控制增材制造过程中的马氏体相变，从而使 Fe19Ni5Ti 钢具有优异的机械性能。还发现，当没有发生固相转变时，层间停顿可用于释放累积的热应力减少金属零件的变形。因此采用适当的层间暂停策略显示出减轻激光熔化沉积6xxx 铝合金热裂纹的巨大潜力。在这项工作中，为消除热致开裂并提高激光熔化沉积铝合金的机械性能，激光熔化沉积应用了各种层间暂停策略来制造AA6061铝合金。研究了层间暂停策略对微观结构（晶粒结构、初级金属间化合物颗粒和纳米级沉淀物）和缺陷（裂纹和孔隙率）的影响。 图1 (a) 示意图；(b)激光熔化沉积AA6061长方体；(c) 说明扫描策略的示意图表1 这项工作中所有AA6061合金的加工状态和相应的缩写图2 EBSD：(a) NP；(b) IP1；(c) IP2；(d) IP3；(e) IP4；(f) AC；(g) AD合金图3 激光熔化沉积合金中柱状晶的长度和宽度图4 SEM图像显示缺陷分布（白色箭头：热裂纹，黄色箭头：孔隙率，红色箭头：水平裂纹）图5 合金在热处理前缺陷（裂纹和孔隙）的 3D XCT：(a1-d1) 缺陷的整体分布，以及(a2-d2) 相应合金中典型缺陷的放大图图6 合金中缺陷的等效直径分布频率，插图显示大于60µm的缺陷的放大分布频率 (e) 缺陷的数密度和体积分数，以及相应合金的相对密度图7 合金中初级金属间化合物粒子的数量密度和体积分数：(a) IP1 和 (b) AD 合金中初级金属间化合物颗粒的等效直径分布频率，插图显示放大的分布频率图8 合金机械性能以及和之前研究的比较表2 T6热处理后 LMDed、AC 和 AD 合金的机械性能  总之在这项工作中，研究人员展示了一种有效且简单的解决方案，即采用层间暂停策略来获得通过激光熔化沉积(LMD)制造的无裂纹高强度高延展性Al-Mg-Si合金。通过最佳层间暂停策略，激光熔化沉积AA6061合金表现出比经过相同热处理的铸造和锻造AA6061更高的屈服强度和更优异的延伸率。根据微观结构研究和机械测试得出以下结论：(1)将IP（层间暂停）时间增加到30s有效地减少了LMD过程中的热量积累，从而在凝固过程中产生更大的温度梯度和更高的冷却速率，有利于粗大柱状晶的细化。此外，增加的IP时间不仅会导致织构随机化并抑制沿构建方向有利的晶粒生长趋势，还会通过抑制外延晶粒生长和促进当前沉积层中α-Al晶粒的成核来诱导柱状向等轴转变。(2)LMD期间8s的IP时间及时释放热应力并中断晶间液膜的连续生长。因此，与没有IP的合金相比，热裂纹消除，孔隙数密度大大降低。然而，进一步延长IP时间会导致形成大量长的水平板条状裂纹，作为层间未熔合缺陷，这是由于过度减少的热量积累。(3)LMD过程中，极快的凝固抑制了初级金属间化合物颗粒的形成，产生超高过饱和固溶体。与经过相同T6热处理的传统制造合金相比，导致LMD合金中时效硬化析出物的数量密度高得多。(4)采用每层8s的最佳策略的合金在热处理后表现出281±1MPa的YS和18%的伸长率，甚至优于铸锻合金。 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.北理工院士团队：采用国产多激光金属3D打印装备制备出高铁刹车盘 2.北理工：增材制造中高强铝合金的缺陷与力学性能研究进展 3.干货综述：3D打印制造热交换器的五种材料选择及性能差异 4.新项目探索将航空航天领域废件转化为优质金属3D打印粉末