近日，深圳大学刘志远、陈张伟教授联合南方科技大学严明教授、香港城市大学吕坚院士、北京科技大学吕昭平教授以及深圳技术大学杨灿副教授，共同发表了关于金属增材制造过程中微观结构演变和多阶段控制的综述文章。3D打印技术参考注意到，相关作者均是本领域内的知名学者，联合发文的情况非常少见。 增材制造为生产具有特定部位微观结构的先进金属材料提供了极大的自由，该文章探讨了金属3D打印的基本过程，即熔池的形成和结合，提出了综合加工图，将熔池能量和相关的工艺参数整合在一起。基于凝固和位错理论，深入分析了多阶段组织的形成机制，提出了多阶段控制方法。此外，还简要讨论了潜在的原子尺度结构特征。通过调整工艺参数和合金成分来进行增材制造的微观结构设计，以实现该技术的巨大潜力。该文有助于对增材制造过程中微观结构演变进行全面了解，不仅建立了一个坚实的微观结构框架，更为采用金属3D打印在需要的位置得到特定的微观结构、调整材料的机械性能提供了有前景的指导方针。 加工参数和合金成分是决定增材制造微观结构的基本元素 增材制造过程形成分级显微组织 基于熔池形成和结合过程的综合加工图，增材制造的分级显微组织可分为凝固组织和后凝固组织。 （1）基于增材制造的基本过程，通过整合能量和工艺因素构建了熔池行为的新加工图，并划分为四个区域：I. 缺乏结合，II. 未熔合，III. 过程窗口，IV. 锁孔形成。稳定的熔化和熔池的充分重叠是生产优质金属部件的必要条件。 （2）凝固组织包括从先前沉积的衬底外延生长的初生柱状晶粒和沿晶界析出的第二相。初生晶粒的大小由温度梯度和凝固速度的乘积决定。当等轴晶粒在液相中形核的速度超过柱状固液前锋推进的速度时，发生柱状晶向等轴晶的转变。 （a）增材制造过程中熔池的形成和结合示意图。(b) 集成了能量和工艺参数的增材制造加工图。E*m和E*b 分别对应于将金属粉末加热到熔化和沸腾所需的能量 （3）凝固后的微观结构包括亚微米级位错单元和纳米级沉淀物。位错胞的物理起源是热应力刺激下的位错积累和聚集，这是由增材制造过程中不同层重复加热过程中的循环膨胀和收缩形成的。此外，通过人为增加层间时间，可以加强本征热处理，在已成型部分引发沉淀反应。 （4） 由于增材制造过程中的快速冷却，在原子尺度上获得了过饱和固溶体，从而使金属材料被额外强化。此外，当固液界面从前向流动逆转时，会在熔池后部留下额外的溶质，形成一种独特的偏析结构。 (a)增材制造和铸造过程形成的过饱和固溶体示意图；(b) 熔池边界处的成分波动 增材制造带来了前所未有的微观结构设计自由 根据位置调整材料特性，可以产生更有效的工程结构。因此，结构功能集成的智能组件可以通过增材制造来实现。对于单一金属，通过增材制造过程中的热历史控制，已成功调整了局部结晶晶粒取向、晶粒尺寸和晶粒形态，分别如下图(a-c)。 对于增材制造中的多材料位点特定微观结构，现阶段的一些可能组合如（d-h）所示，其中单一颜色代表单一合金，混合颜色代表从一种合金到另一种合金的冶金转变。最简单的结构包括两种不同成分的合金，通过离散的过渡步骤结合在一起（d）。例如，具有离散界面的马氏体时效钢-铜和马氏体时效钢-低合金钢双金属已经使用 SLM 成功制造。（e）显示了从一种合金到另一种合金的逐渐过多（具有不同的微观结构）；或者，材料组合物可以在不同位置的两种成分之间切换，如(f) 所示。在其他应用中，可能需要或甚至必须具有三种或更多种组合物 (g)。此外，可以将额外的颗粒添加到基体合金中以形成复合结构（h）。可以观察到，增材制造带来了前所未有的微观结构设计自由。 通过增材制造获得的 (ac) 单一和 (dh) 多材料的特定位置微观结构 从更广泛的意义上讲，工艺参数和合金成分是增材制造显微组织的两个决定性基本要素。在增材制造过程中，输入能量对金属粉末的熔化有直接影响，并通过熔池中的晶粒成核和生长来决定最终的凝固微观结构。熔池的重叠引起循环热处理，最终导致凝固后微观结构的构建，包括位错单元和纳米级沉淀物。此外，由于增材制造过程的间歇沉积方式，存在隐含的时间和残余应力因素，它们对微观结构演化过程也有显著影响，因此需要更多关注。 从合金成分的角度来看，底层合金成分通过溶质分布发挥内在影响，导致冷却过程中的成分过冷。具体而言，合金的溶剂原子在凝固过程中构成基本的周期性晶格。溶质原子是构成过冷的起源，对晶粒形貌有重要影响。可以添加其他微量元素以进一步调整3D打印金属材料的微观结构和机械性能。此外，可以在增材制造过程中通过成分修改来应用相位控制。这些基本的加工和成分因素通过增材制造过程中的热量和溶质重新分布相互作用，共同控制增材制造的微观结构。因此，在未来的研究中需要采用综合方法来发挥增材制造的巨大潜力。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型 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.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文 4.通过相场模拟，获得金属3D打印过程中的晶粒演化特点，实现微观结构精准控制

近日，HP证实通过其核心的MJF多射流熔融3D打印技术累计生产的零件数量超过1亿件。该技术自推出以来，一直保持强劲的需求。惠普公司个性化和3D打印业务总裁 Didier Deltort表示，“过去 18 个月的经济、政治和医疗现状是该行业的分水岭。世界各地的公司希望更快地将新产品推向市场、提高供应链弹性并采用新的商业模式，3D打印技术的优势正在逐渐显现。” 汽车3D打印推动行业向前发展 汽车制造是众多正在经历数字化转型的领域之一，该行业正快速转向电气化、连通性、供应链本地化和供应商整合化。惠普正与全球数十家汽车制造商、供应商和生产合作伙伴，一同致力于采用MJF技术进行原型设计和最终零部件生产。 惠普MJF技术业务全球负责人表示，“汽车制造商在扩大3D打印技术的使用范围，该技术在制造传统工具、快速迭代功能原型、设计全新的个性化组件以及扩大全功能最终零件的短期生产方面不断发挥重要作用。客户正在利用MJF技术所提供的工业级能力——效率、可重复性、零件质量、成本效益等——来抓住这些不断增长的机会。” HP MJF技术生产的大型汽车零件 惠普与领先汽车制造商合作的亮点包括： 福特汽车：高度个性化的消费者体验市场正在增长，惠普将为2022款福特Maveric卡车和新的福特FITS开放式配件平台展示各种概念验证3D打印配件。惠普和福特还开创了可持续性合作伙伴关系，促进材料重复使用并生产汽车零件。 通用汽车：生产了多种MJF最终零件，包括凯迪拉克V系列的HVAC管道、Corvette C8的冷却管道，以及用于设计迭代、原型设计和服务的其他零件。 日产：制造商SOLIZE和HP以及日产合作，为日产的传统零部件计划按需生产已停产的替换零部件。 Nissan：制造商SOLIZE和HP以及Nissan合作，按需生产Nissan已停产零件。 大众汽车：第一家使用HP Metal Jet金属粘结剂喷射技术生产全功能最终用途结构部件的汽车制造商。采用该技术为 T-Roc Cabriolet 生产的A柱结构件已通过碰撞测试认证，重量比传统部件轻近50%。 大众汽车的 HP Metal Jet 应用路线图 惠普金属3D打印业务全球负责人Ramon Pastor表示，“大众等领先汽车制造商正在利用惠普的3D打印解决方案，将传统制造和规模生产转变为大规模生产，HP Metal Jet技术可以帮助客户解锁创新设计，最终更高效地生产性能更好的零件。” MJF解决方案的最新里程碑和突破性应用 生产合作伙伴：领先的服务机构继续投资HP MJF设备以扩大其生产能力。服务商Forecast 3D利用34台HP MJF打印机，为Syng 的三声道扬声器制造关键组件；Custom Color计划购置30多台HP MJF打印机。Avid、JawsTec和 Weerg也在不断扩展以满足客户需求，数十台HP Jet Fusion 5200 3D打印机将用于生产新产品。 惠普3DaaS服务：该服务能够为客户自动补给惠普3D耗材，简化费用查询和使用情况时的步骤，并提供可靠的远程和现场支持服务。自2019年推出后，通过释放资本灵活性和提高业务敏捷性，帮助客户扩展到大规模生产。该服务在疫情流行期间被证明非常有益，并且越来越多地被客户采用。 MJF技术3D打印工厂 Cobra 高尔夫：Cobra Golf使用HP MJF和Metal Jet技术，是第一家将高性能3D打印高尔夫球杆商业化的运动器材制造商。 现代汽车集团：支持韩国射箭协会，使用HP MJF技术生产了高度个性化的3D打印握把，帮助韩国男子、女子和混合队在7月23日举行的2020年东京奥运会上夺得金牌。 以面成型的3D打印工艺为批量化生产提供了可能 惠普MJF和Metal Jet金属3D打印工艺，归根结底属于以面成型的3D打印技术。从目前来看，此类工艺打印速度快、设备成本低、无需额外支撑，同时允许允许大尺寸、多材料打印，这些因素适应于批量生产的特点。这契合惠普意图借助3D打印技术3D打印颠覆全球价值12万亿美元制造业市场的目标。 据惠普与市场调查机构3dbpmResearch于今年6月发布的报告，自多射流熔融技术（MJF）推出以来，已交付的零件数量超过了6000万个。而短短三个多月过去，这一数量已经突破了1亿。 对于金属3D打印技术，3D打印技术参考认为激光粉末床熔融工艺当前尚无法与粘结剂喷射技术相比，即便前者工艺所配备的激光数量在增多、尺寸也在增大，但工艺本身的限制因素导致了其在成本和速度方面仍然不敌后者。今年6月，惠普宣布其Metal Jet数字制造方案已面向全球部分地区客户交付，预计于2022年初进入中国市场；全新的Metal Jet技术能够以高于其他3D打印技术数十倍的工作效率及明显低于其他粘结剂喷射成型系统的成本，生产功能性终端机械零件。 基于以上因素，粘结剂喷射3D打印技术成为投资者在3D打印领域投资的热门技术。IDTechEx预测到2025年将会有37000台粘结剂喷射设备。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.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 2.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 3.ExOne服务中心已交付超200万件粘结剂喷射金属3D打印零件 4.基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析

2020年12月，Desktop Metal通过与空白支票公司Trine Acquisition Corp.合并的方式实现上市。自此之后的仅仅8个多月，该公司疯狂收购，多种3D打印领域领先企业纷纷被其收入囊中，包括：DLP系统和材料生产商Envision TEC、树脂材料供应商Adaptive 3D、多材料选择性激光熔融工艺开发商Aerosint、粘结剂喷射工艺的领导者Exone，以及为高科技工业、能源和航空航天领域提供增材制造液压元件的先驱Aidro。 本期，3D打印技术参考将分别介绍这些疯狂收购行为，而在此之前，我们先来了解空白支票公司的基本情况。 Trine Acquisition Corp.是一家怎样的公司 根据公开资料，Trine Acquisition Corp.是一家由福特汽车和谷歌母公司Alphabet Inc.支持的空白支票公司。所谓空白支票公司，又称特殊目的的收购公司，英译为Special Purpose Acquisition Company，简称SPAC。它是一个由共同基金、对冲基金等募集资金而组建上市的“空壳公司”，这家“空壳公司”只有现金，没有任何其他业务。发起人将其在纳斯达克或纽交所上市，以投资单元形式发行普通股与认股期权组合给市场投资者从而募集资金。“空壳公司”上市后的主要任务就是寻找一家有着高成长发展前景的非上市公司与其合并，使其获得融资并上市。 如果找到合适的目标企业，在进行一系列尽职调查之后，SPAC全体股东将会投票决定是否要与之合并。如果多数股东同意合并，那么该企业将获得SPAC投资者存入托管账户中的资金，而SPAC的投资者也将获得合并后公司的一部分股权作为回报。 2020年12月，Desktop Metal与Trine Acquisition Corp.合并上市 很明显，Desktop Metal便是被Trine Acquisition Corp.所选中的公司。通过合并，前者原有股东持有合并后公司约74%的股份。而Desktop Metal的IPO恰逢其时，因为纽约证券交易所对具有增长潜力的科技公司股票表现出强烈的兴趣。 也许是因为具有“特殊目的收购”以及强大的市场扩张基因，上市后的Desktop Metal继续保持一贯的大胆作风，收购行为让业内人士往往大跌眼镜。 2021年1月，3亿美元收购EnvisionTEC进入DLP 3D打印市场 2021年1月，Desktop Metal宣布已签署了一项价值3亿美元的最终协议，以收购DLP系统和材料生产商EnvisionTEC。这笔现金（1.5亿美元）加股票交易使EnvisionTEC成为Desktop Metal的全资子公司。此次收购是Desktop Metal首次进军DLP市场，并使其能够进入不断增长的牙科、珠宝和生物制造行业。这一消息公布后，其股价上涨了7%。 Desktop Metal首席执行官强调了该公司收购背后的几个原因。EnvisionTEC作为“DLP工艺的原始创新者”，拥有全区域光聚合物3D打印市场中最强大的知识产权组合，提供超过190种合格材料，并在汽车、航空航天、医疗设备、珠宝和生物制造等广泛行业拥有5,000多家客户。此外，EnvisionTEC还是牙科领域的领导者，目前有超过1000名牙科客户使用其打印机制造该细分市场的预生产和最终使用部件。 Envision TEC还是牙科领域的领导者 Desktop Metal对EnvisionTEC推出的DLP 8K Xtreme机器印象深刻，其声称该系统比Formlabs的3L和HP的MJF 5200都快很多。在该公司获得专利的Projection Array技术支持下，8K有效地使用“闭环”打印过程来创建具有“理想品质”的部件。EnvisionTEC的大幅面打印机具有71升的巨大构建体积，它将为用户提供比其竞争对手“显著更好的性价比”。此外，EnvisionTEC还可以利用Desktop Metal的SPJ单通道粘结剂喷射技术来增强现有技术水平。 Envision TEC推出的粘结剂喷射3D打印系统 此次收购使Desktop Metal的全球分销网络扩大了一倍以上，增加了医疗、牙科和珠宝等市场的垂直重点合作伙伴，并将其地理销售能力提高到全球68个国家/地区。在收购完成后的2021年第一季度，Desktop Metal收入达到1100万美元，相比去年同期增长234%，与连续季度相比增长了35%。Desktop Metal的快速增长在很大程度上归功于其EnvisionTEC子公司产生的收入，以及在此期间其牙科客户群65%的大幅增长。 2021年5月，收购3D打印弹性体解决方案的领导者Adaptive 3D Adaptive 3D是3D打印弹性体领域的领导者。其产品通过无味、高韧性、耐应变、抗撕裂、生物相容性橡胶和类橡胶材料的增材制造，实现批量最终用途零件的生产。Adaptive3D的解决方案专为高产量制造而设计，同时保持低生产成本和卓越的材料性能。该公司为医疗保健、工业、运输以及石油和天然气市场的广泛客户群提供服务。 Adaptive 3D推出的弹性3D打印材料 对Adaptive 3D的收购推进了Desktop Metal的垂直整合战略，通过扩大材料组合实现聚合物增材制造解决方案的大批量应用。Desktop Metal创始人兼首席执行官介绍，弹性体和橡胶材料是增材制造2.0的重量级应用。Adaptive 3D拥有世界上最好的光弹性体树脂，将Adaptive 3D获得专利的优质弹性材料与先前收购的Envision TEC的DLP打印机（如Xtreme 8K）相结合，可使新的增材制造解决方案在吞吐量、经济性和零件质量方面处于行业领先地位，从而加速大批量、最终用途弹性零件和产品的应用。 Adaptive 3D是3D打印弹性体领域的领导者 3D打印技术参考认为，Desktop Metal对DLP工艺及材料领导者的收购，直接指向同类型企业Carbon以及Formlabs。 2021年7月，收购多材料粉末床熔融工艺的领导者Aerosint Aerosint是多材料金属粉末床熔融技术的领导者，该公司发明了一种独特的选择性粉末沉积装置，能够同时3D打印多种材料，提高了粉末使用效率，进一步降低了运营成本并提高了吞吐量。 Desktop Metal创始人兼首席执行官表示：“这项交易推进了我们拥有差异化打印技术的战略，这些技术支持大规模扩展增材制造2.0的产品组合。”当前，3D打印主要集中于制造单金属零部件，而未来，人们将更多倾向于直接打印完整的产品，这些产品可能由多种材料组成，多材料3D打印是增材制造的下一个前沿领域。 Aerosint第一台商用双金属L-PBF打印机 Aerosint公司的技术可与聚合物、金属和陶瓷兼容，能够在打印过程中对材料进行全区域打印控制，并且可以扩展至激光粉末床熔融、激光烧结以及粘结剂喷射工艺中。Aerosint作为同类产品中唯一的高通量、多材料3D打印机开发商，与传统的粉末床打印工艺相比，该技术减少了浪费和交付时间，并允许用户局部优化零件的机械性能，它具有开启新的增材制造应用的潜力。使用选择性粉末沉积，可以调整组件的化学和物理质量，提高它们的耐磨性、减振性和导热性或导电性。…

9月2日，光韵达发布消息称其军工业务迅猛增长，全资子公司通宇航空斩获3.37亿元航空采购大单，其中3D打印相关业务达3646.9万元，是公司迄今为止单笔金额最大的订单。基于对航空航天及军工业务未来发展前景的看好，光韵达于2019年收购通宇航空51%的股权，并在2020年完成了剩余49%股权的收购，使通宇航空成为其全资子公司。 通宇航空成立于2013年，业务主要聚焦于航空飞行器零部件开发制造，涵盖航空精密零部件数控加工，工装、模具设计制造，工业级3D打印，航空导管、钣金成型制造等，产品广泛应用于多型号军用飞机、无人机、运输机、导弹、国内民机及波音、空客各类转包的客机、运输机，已获得装备承制单位资格。同时，通宇航空已成为成飞集团核心供应商。 据光韵达2021年半年度报告指出，通宇航空已入驻新都成飞航空产业园，是其航空零部件和3D打印零部件供应商。凭借成熟的生产加工技术、严格的产品质量把控、快捷高效的服务，通宇航空得到客户的高度认可，属于客户优先考虑的外协供应商。 我国新一代军机普遍使用3D打印技术（前瞻网整理），其中歼20由成飞公司生产 与此同时，通宇航空具有相关资质认证或经营许可，已取得国军标质量管理体系认证证书、AS9100D版质量管理体系认证证书、三级保密资格证书、装备承制单位注册证书，能承接航空、军工类业务；技术方面，公司拥有多名核心技术人员，根据客户提供的图纸和数模，数控加工编程方法装夹工艺，技术上具有优势；在航空3D打印技术上，公司已掌握各类金属、非金属等航空零部件的3D打印技术，并通过了成飞集团的装机评审，技术在同行业中处于前列。 因此次合作，通宇航空上半年净利润同比增长超过150%，使光韵达航空航天类业务迅猛增长，成为公司最亮眼的业务，预计全年可以顺利完成承诺的业绩目标，未来将持续保持高速增长。 某型号战斗机的3D打印零件（图文无关），来源：2021增材制造材料创新发展论坛直播 根据国家十四五规划，要求到2027年实现百年建军目标，2035年基本实现国防和军队现代化，军工行业迎来了重要的历史发展机遇。通宇航空紧抓市场机遇，围绕客户需求布局新产品、研发新工艺，从最初的工装业务逐步拓展到具备机加工零件产品、导管、飞机蒙皮类产品；在3D打印应用上，继2021年一季度完成了3D打印航空零部件装机评审后，又不断的开发了多种3D打印航空零部件，未来将大幅提升3D打印航空零部件的业绩。在产能扩张上，公司不断加大投入扩大规模提升产能，全面满足客户需求，通宇航空已入驻成飞产业园，后续公司还将在成都地区建设航空制造基地，进一步扩大规模，提升综合竞争实力。未来军工业务发展前景明确，公司已做好充分准备抓住市场机遇，力争实现跨越式的增长。 翼龙无人机上面的3D打印应用（图文无关），来源：2021增材制造材料创新发展论坛直播 报告指出，在航空制造领域，通宇航空是成飞集团航空零部件和3D打印零部件的优质供应商，得到客户的高度认可。伴随国家国防开支的增长及成飞集团的成长，通宇航空今年订单充足，营业收入及净利润均快速增长。2021年上半年实现营业收入6,415.16万元，同比增长123.61%，净利润2,963.68万元，同比增长152.12%，随着公司对其产能的不断投入，以及3D打印航空零部件的放量，未来通宇航空公司将持续保持快速的增长，获得可观的经济效益。 2018年、2019年及2020年1-2月，通宇航空来自于成飞集团的销售收入占营业收入的比重分别为95.32%、82.96%、96.79%，对成飞集团存在重大依赖，这是由于目前国内军品生产实行合格供应商名录管理制度，终端客户均具有较强的粘性和稳定性，是军工行业的主要特性之一。能够绑定如此优质客户资源，将成为该公司持续发展的根本保障。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.与航空航天用户绑定，3D打印服务商获发展契机 2.波音的采购合同——成为大尺寸金属3D打印制造商迈入航空航天领域的第一步 3.从上市公司铂力特半年度财报，看金属增材制造行业的发展现状 4.2020年全球3D打印市场规模（设备、材料、服务）发展情况

金属3D打印特有的快速冷却过程可以产生细小的晶粒，具有传统制造工艺无法比拟的优点，能够建立材料-工艺-微观结构-性能一体化增材制造的跨尺度调控机制。同时，增材制造工艺固有的缺陷、残余应力及微观结构性能属性，对广泛采用金属增材制造的结构部件影响重大，尤其是对断裂、疲劳性能极度敏感的应用，需要明确金属3D打印部件的疲劳裂纹扩展速率、断裂韧性和疲劳强度等性能特点，及其提高合金损伤容限的工艺手段。 疲劳断裂是承重部件失效的最突出原因。导致传统工艺制造的金属合金疲劳失效的裂纹萌生、扩展和快速断裂机制已被掌握，而3D打印金属材料独特的微观结构（如细亚稳相、介观结构和孔隙率等）如何影响疲劳和断裂的机制尚未确定。这不仅对于3D打印组件的可靠性评估至关重要，而且还有助于完善处理步骤，以生产更加可靠的结构完整性组件。3D打印与大量工艺参数相关，可以制造极其复杂的零件，允许定制零件，这使得充分掌握材料、工艺和性能之间的关系变得特别困难。 金属3D打印的一个关键挑战在于热源和原料之间的相互作用 当前，最普遍应用的金属3D打印工艺包括基于激光和电子束的粉末床熔融工艺(PBF)、能量沉积工艺（DED）以及粘结剂喷射工艺（BJ）。基于高能热源的直接3D打印工艺是传统制造工艺最接近的自然替代品，也是与疲劳和断裂关系最为密切、讨论最多的工艺。粘结剂喷射工艺通过间接手段分别制造生坯，再通过几个关键的后处理操作来提高零件的机械性能，环节虽多，但其成本更低，制造速度更快，进一步解放了零件的设计自由。 最普遍应用的金属3D打印工艺 使用3D打印加工金属的一个关键挑战在于热源和原料之间相互作用的性质。例如，Al对3D打印常用的光纤激光具有高反射率，导致其吸热性较差。此外，蒸汽压差别很大的合金元素，例如铝合金中含有Mg和Li元素时，在真空条件下首先汽化。绝大多数合金在主流的L-PBF、E-PBF和DED金属3D打印工艺中普遍存在的快速凝固条件下容易开裂。通常，易于焊接的合金也适合用于3D打印。除此之外，合金的同素异形体，如钛基和铁基合金，因为要经理打印过程的大温度梯度和复杂热循环，使得增材制造工艺、微观结构和性能之间的关系变得独特。这反过来又使制造的合金及其机械性能对所使用的工艺高度敏感。因此，在零件制造过程中需要仔细选择工艺参数组合并进行精确控制，以提高可靠性。 粉末原料的质量在决定部件的整体质量方面起着至关重要的作用，尤其是它的相对密度。在粉末床工艺中，粉末颗粒粒度分布、球形度等将影响其流动性，进而影响3D打印过程中的铺粉效果。研究发现，在电子束粉末床技术中，更宽的Ti6Al4V粒度分布可使零件的孔隙率水平更低；相反，较大的颗粒尺寸会导致较高的孔隙率水平。粉末在重复使用过程中存在吸氧的现象，进而导致脆化和密度下降；且多次使用后粉末颗粒的球形度会下降，可观察到明显的变形，粒度分布变窄，进而影响缺陷的形成。 增材制造金属粉末性能间的关系 与粉末床工艺不同，能量沉积工艺对原材料不太敏感。然而，粉末颗粒表面的裂纹或划痕会导致最终的3D打印部件出现孔隙。有研究报道，粉末尺寸分布和合金化学成分直接影响粘结剂喷射工艺成型零件的烧结动力学，进而影响零件的收缩和致密化，并发现采用 10:1 比例的双峰尺寸分布粉末，可以实现高密度的生坯部件和烧结部件。 3D打印金属材料的微观结构 在任何给定的3D打印工艺条件下，熔体的快速凝固使材料具有类似使用快速淬火技术获得的微观结构：精细、亚稳态和具有增强固溶度的组成相。已打印层的重复加热和冷却使凝固的合金经历了复杂的热循环历史，使材料微观结构多显示为柱状晶粒并富含残余应力。所有这些微观结构特征的结合，跨越几个长度尺度——从纳米到毫米甚至更多——使3D打印金属材料的机械性能独一无二，并且与传统制造的同类产品截然不同。 采用直接3D打印工艺制造的许多合金的一个显著特征是具有凝固胞状结构，其长度范围为采用激光为热源时的~ 0.1 到 1 µm（SLM和DED），而在使用电子束为热源时，该结构通常大于5 µm 。下图显示了采用SLM技术打印的316L胞状显微结构，这些结构的形成是凝固过程中成分过冷的结果。当固液界面前的液体温度由于溶质浓度高而低于液体的凝固温度时，界面变得不稳定，从而有利于枝晶生长。枝晶形态受温度梯度和凝固速度的比值控制。在SLM工艺中，冷却速率极高（>106 K/s），凝固时间不足以形成二次枝晶，从而形成胞状形态。在激光能量沉积过程中，冷却速度相对较慢，可观察到二次枝晶。总之，胞状结构的大小取决于温度梯度和凝固速度，也取决于所用的工艺参数。 SLM制造的316L胞状结构 SLM制造的代表性微观结构 ：(a) 单道扫描的 AlSi12 (b) SEM 图像显示具有 Si 偏析的熔池边界区域。(c)(d)旋转策略分别选择90°和67° 扫描方式的不同对3D打印合金的组织结构具有明显影响，具体表现在所形成的织构、晶界和缺陷上面。采用SLM工艺制备的AlSi12，沿X-Y平面可观察到固化的激光轨迹，而在侧面在显示出重叠的熔池横截面。熔池边界对应激光束高斯分布，最高深度位于光束的中心。在SLM制备的Ti6Al4V中，若连续层之间选择90°旋转，在X-Y平面可观察到原始β晶粒结构，；而如果扫描策略选择67°旋转，则会观察到球状或等轴结构。 END 本文主要叙述了当前主流的金属3D打印工艺及在相应工艺条件下材料共有的显微结构特征。热源和原料之间的相互作用是导致材料具有不同结构特征的关键原因，具体到每种材料也会特有的相组成。在很多情况下，微观结构可能会使拉伸、断裂和疲劳行为具有各向异性，因此需要进行后处理，这也是下期文章叙述的关键。 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.顶刊综述：3D打印金属材料的缺陷种类及其对疲劳性能的影响 2.西南交大采用X射线三维成像揭示3D打印铝合金疲劳行为的各向异性 3.3D打印点阵结构：材料疲劳容限设计与制造的力学性能综述 4.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型

齿科作为3D打印技术最成熟的细分市场应用之一，在不知不觉中走入我们的日常生活。鉴于每位患者的差异特性，齿科医疗的个性化定制需求与3D打印的技术特点完美匹配。从早期的DLP技术通过价廉物美的特点敲开齿科市场的大门，到如今简单易用的椅旁方案被牙医、正畸医生和口腔外科医生广泛接受，3D打印正在帮助齿科行业完成从数字化生产到智能化生产的转变，并深入渗透到种植牙、隐形正畸、手术导板等多个应用点。 3D打印在齿科行业最为常见的应用包括牙模、正畸、金属牙冠牙桥、金属支架、手术导板等。无论是采用光敏树脂固化还是金属粉末熔融，都需要针对模型进行数据准备，包括文件导入和修复、模型识别和摆放、面向生产的模型优化、支撑排版、切片等步骤。Oqton系统是一款基于人工智能的全自动数据准备产品，可大大降低增材制造技术的使用门槛并提高批量化生产效率。 数据导入和修复 Oqton系统支持多种数据格式的导入，并可对模型进行自动修复，无需人工干预。系统还支持模型多次修改后上传，并自动记录各个版本。用户可在系统中查看每个版本的模型，方便后期追溯。 模型识别和摆放 当模型导入后，系统会基于机器学习数据自动识别模型类别，并可根据识别后的模型类别自动适配工艺路线，达到真正的自动化。模型识别可将不同齿科模型分为牙模、牙冠、牙桥、支架、导板等。针对多颗一体的牙冠牙桥，还可根据颗数进行细分，细分结果可用于后期统计每版的平均打印牙冠数量。 根据模型类别自动适配的工艺路线中包含了针对该类模型的摆放、支撑、切片等工艺参数。系统首先通过机器学习算法根据过往相似齿科模型推荐摆放方式，用户也可选择更适合自己的推荐摆放角度或者自定义摆放，系统将学习用户的摆放习惯不断优化，并生成更适合该用户的摆放方式。系统提供的推荐摆放角度是根据不同类别模型的特征和加工要求给出的，例如针对齿科支架，系统会采用人工智能算法识别出花纹面和佩戴面，并将花纹面朝下摆放。牙冠牙桥也会采用类似算法考虑边缘线进行摆放。 面向生产的模型优化 齿科的初始模型数据一般来自口扫，口扫数据经过处理并根据不同要求进行设计，设计后的模型文件将用于生产。在传统的数据准备流程中，设计人员不仅负责模型设计还要考虑实际打印工艺进行模型优化和编辑，这个过程往往费时费力。如果设计人员水平有限，打印模型可能因为错误过多而无法被直接用于打印。 Oqton系统根据不同应用场景，提供了相应的模型自动优化功能，以保证模型可打印、产品更易用。 针对椅旁方案中最常见的牙模模型，系统会根据牙龈线位置和牙模形状自动切平底部，避免因为设计问题导致底部不平造成的打印缺陷。此外，系统还可对牙模进行镂空和打标签。与市面上其他软件的镂空功能不同，Oqton作为一个面向实际生产和应用设计的系统，提供了考虑牙模使用时受力情况的镂空功能，在节省材料的同时兼顾强度和耐用度。 打标签也是正畸等齿科应用不可或缺的功能之一。Oqton平台可根据患者名称、病例编号、排版序号等信息自定义标签内容，小批量生产也可自动打标。排版序号、病例编号等信息同时用于生产任务的追溯报告，保证溯源、方便分拣。 不仅针对单一增材制造方式，Oqton平台还根据增减材加工方式提供了自动机加工补偿，用户可在同一个平台上进行不同生产方式的模型优化，由此减少了用户的学习和使用成本，有助于生产智能化在齿科的推广和落地。  支撑排版 Oqton平台提供了多种适用于齿科方案的支撑方案，包括锥形、块状、晶格复合支撑等，在保证打印强度的同时尽可能减少支撑用料。 在金属打印中，支撑对零件成型起到关键作用。太少的支撑会导致零件变形，太多的支撑又会增加后处理的成本。针对牙冠牙桥，平台可自动添加支撑并生成打印任务，减少了人工成本。针对支架，平台借助人工智能识别分类，会优先自动添加在加强杆上，在保证支撑数量的情况下减少对零件表面的影响。 齿科方案中常用的另一类技术是DLP和LCD，针对手术导板等应用，Oqton平台提供了简单易去除的支撑方案。锥形点支撑可以减少零件和支撑的接触面积，与基板的接触部分可额外添加接触平面，降低倒挂式设备的失败风险。 系统还可自动生成排版，同时考虑摆放要求，无需额外的人工干预。如针对正畸，可将模型沿着刮刀方向进行排版，尽可能减少刮刀移动距离，减少生产中不必要的耗时。结合Oqton平台提供的生产管理功能，齿科生产型应用可实现全自动数据准备和生产。 此外，还可根据实际打印情况选择不同的摆放精度，并在基于模型形状摆放的技术上，提供了多层摆放方案，进一步提高了排版使用率。系统还可根据优先同一订单、同类模型一版等规则优化排版，使得自动排版结果更符合实际生产需求。 切片与打印 当数据准备完成后，还需根据实际生产的设备生成设备可读的工作文件。目前市面上进驻齿科市场的设备品牌繁多，一家诊所或加工中心往往拥有不同品牌和生产方式的设备。Oqton系统支持多种金属、树脂3D打印设备，同时也可生成齿科CNC设备所用的gcode，帮助用户在同一系统中完成不同的生产数据处理。 Oqton系统不仅提供数据准备和生成切片的功能，还可支持多款设备的打印文件传输，用户将受益于设备物联网的连接，无需移步即可操控设备进行打印，并可通过邮件短信等及时了解打印进展，合理安排工作。  总结 在数字化、自动化逐渐普及的今天，各行各业的生产智能化势不可挡。3D打印在齿科行业的应用点日益增多，Oqton系统精准定位生产环节痛点，提供简单易用的全自动方案，帮助已受益于数字化的齿科市场，轻松迈入智能化生产的时代。 想了解更多关于Oqton平台如何助力齿科市场，尽请关注2021 Formnext South China展位。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.工艺人员会失业吗？开启金属3D打印，并没有你想得那么难 2.提前布局MES，迎接增材制造批量化生产的时代 3.有没有一款3D打印数据处理软件，能满足齿科加工的所有需求？ 4.牙科 | 3D打印纯钛、TC4、钴铬合金的性能对比

8月，铂力特发布了其2021年半年度报告，披露了公司目前的营收水平及经营活动。特别的，该报告还涉及金属增材制造行业当前的发展情况。本期，我们重点关注上市公司视角下的国内金属增材制造相关的材料、工艺、设备及应用方面的发展水平。 铂力特半年度营收数据 本报告期内，铂力特实现营业收入14,353.44万元，较上年同期增加7,909.44万元，增幅122.74%。主要系公司产能扩大及市场推广力度加大，同时受疫情的影响减少，3D打印定制化产品和3D打印自研设备的营业收入普遍实现增长所致。 本报告期内，实现归属于上市公司股东的净利润及扣除非经常性损益的净利润分别为-7,885.42万元、-8,886.07万元，分别较上年同期下降6,956.79 万元、6,806.89 万元。主要系公司2020年度11月授予限制性股票的股份支付费用所致。 本报告期内，实现经营活动产生的现金流量净额-7,182.94万元，较上年同期下降 8,589.96万元。主要系公司扩大经营规模及采购原材料支付款项增加所致。 本报告期内，研发投入总额4,989.92万元，占营业收入的比例34.76%，研发投入总额较上年同期增长96.64%，但由于营业收入较上年同期大幅增长，导致研发投入占营业收入的比例下降4.62个百分点。 国内外行业发展总体情况及国内发展现状 近年来，3D打印技术受到国际社会的广泛关注，3D打印技术已成为美国增长最快的工业之一。造就如此现状的原因正是西方发达国家在3D打印技术上投入大量的人力、物力和财力，研发出更加丰富的打印原料，促使这一技术日趋成熟，精度不断提高，而且成本越来越低。随着这一技术在国外的大热，我国也开始重视3D打印技术的研发，并在不断研发中取得了可喜的成就。伴随着3D打印技术的快速成长和3D打印技术在各个行业领域的渗透，该技术进入到了产业化阶段。 国内总体发展现状 目前国家以及各地方对3D打印相当重视，未来3D打印行业将会出现大规模产业化的趋势，且竞争将更加激烈。中国增材制造技术在经历了初期产业链分离、原材料不成熟、技术标准不统一与不完善、以及成本昂贵等问题后，在增材制造技术方面与国际持平，增材制造装备甚至某些方面性能优于国外水平，但依然面临增材制造专用粉末材料不成体系，增材制造标准缺乏，增材制造装备及产品应用推广难度大等问题。 总体来说，我国增材制造产业化存在规模小、应用程度不高的问题。推动3D打印在工业领域的规模化应用，要从提升创新能力、推进行业应用、打造产业集聚区、深化国际合作等多方面功夫，强化专用材料、工艺、装备等产业链短板。 材料现状 目前常用的增材制造金属粉末材料基本实现国产化，但缺乏增材制造工艺适应性验证，以及零部件应用考核，因此需要大量试验累积数据，来促进应用推广。但是新型、高品质粉末材料如耐更高温度高温合金粉末、轻质高强铝合金、镁合金等还依赖进口，甚至某些先进材料国外对我国进行技术封锁、禁运等。因此，自主创新、独立研发依旧是增材制造技术发展的核心。 装备现状 增材制造装备方面，目前国内外可成形尺寸主要在1000mm以下。但随着航空航天领域对大尺寸精密构件的需求，国内外均在致力于大尺寸、多激光激光选区熔化成形装备及工艺技术研究。但随着航空航天领域对大尺寸精密构件的需求，国内外均在致力于大尺寸、多激光激光选区熔化成形装备及工艺技术研究。 国外，德国EOS公司的3D打印机在欧洲市场的占有率超过40%，EOS AMCM M4K 的成形尺寸为450×450×1000mm，是M-400-4的升级版本，Z轴成形尺寸提升1倍。其采用4激光系统，单个激光器功率可达400W，由此实现4激光高效的工业化成形应用。荷兰Additive Industries MetalFAB-600成形尺寸为 600×600×1000mm，使用10个激光器，成形效率达到1000cc/h。德国激光选区熔化Solutions公司专注于选择性激光烧结技术，这一技术上有着多项专利，居于领先地位。SLM Solutions的SLM-NXGXII600 ，配备12个1千瓦的激光器和一个600×600×600mm的成型舱室。NXGXII600 比 SLM280单激光设备快20倍，此设备主要用于大尺寸零件的批量化生产。 因此，大尺寸、多激光的高效增材制造装备是未来的发展趋势。 总体上，国内已实现装备整机层面国产化，与国外同类型装备对比，成形尺寸、精度等优于国外装备，但是整体稳定性还有不足，专业软件、激光器、振镜等核心器件等实现国产，但性能与国外一流供应商还存在差距，需要进行长时间考核、迭代提升，因此仍未完全实现国产化替代。需要集整国内行业力量进行创新研发，提升国产装备研制能力。 铂力特在报告期内开展了2个型号大尺寸成形装备效率提升研制，BLT-S1000已达到稳定生产状态。大尺寸多光束激光选区熔化装备BLT-S800，其成型尺寸为800×800×600mm。在报告期内，完成了四光束装备BLT-S800稳定性优化、批量化生产研制任务，该型号装备已对外发售；并针对大工业生产效率不足问题，进行更多激光协同扫描控制技术研究，目前实现10激光协同扫描，10光设备效率相较6光设备可提升30%以上，大幅提升打印效率。在SLM工艺技术方面，突破1米以上航空飞机大尺寸、薄壁、复杂钛合金结构件成形技术，性能优于锻件，持续进行工艺优化，提升成形精度控制；突破航空航天发动机用新型高温合金、钛铝合金成形工艺技术，成形组织致密，无缩孔、可见裂纹等缺陷；突破颗粒增强高强铝合金成形工艺技术，成形组织致密，无缩孔、可见裂纹等缺陷，性能高于 500MPa。突破铜合金、镁合金等新型材料成形工艺。激光立体成形（LSF）技术以逐层扫描堆积为原理，具有成形效率高、成形尺寸大、无需模具、成形精度较精密等特点，在大尺寸复杂构件快速制造领域优势显著。公司自主研发 BLT-C400、BLT-C600 和 BLT-C1000 设备，成形效果优良，已经过长时运行稳定性考核验证。 除铂力特公司开发大尺寸粉末床金属3D打印设备外，3D打印技术参考注意到国内市场范围内还有多家厂商于今年推出相关产品：如苏州西帝摩基于6激光+可移动式扫描系统的XDM2000实现了2000×2000mm的成型幅面；华曙高科推出了8激光、成型尺寸为720×420×420mm的FS721M；易加三维推出了基于4激光、成型尺寸为655*655*800mm的EP-M650。 增材制造工艺与检测 增材制造工艺技术方面，结构优化设计需要针对增材制造特征开展结构优化，实现构件一体化、轻量化等目的；工艺优化涉及成形过程仿真模拟、增材制造成形机理、金属材料物理化学特性以及热加工技术等多项技术；零部件检测涉及材料组织力学性能分析，无损检测技术分析等，因此增材制造行业具有一定技术门槛，但其良好的行业前景以及技术基础，确保其极具发展潜力。 END 随着信息技术的蓬勃发展，新业态悄然兴起，为提高增材制造全流程标准化管控水平，公司在生产经营过程进一步融合数字化技术、自动化智能化生产技术等，报告期通过国家级两化融合评定。科研项目方面，通过 2018 年行业质量共性技术推广项目验收，公司在金属增材制造工艺、技术研究成果获得专家认可。 未来必是挑战与机遇并存，只有不断的创新改革，不断突破核心关键技术，保持技术领先性，快速推进产业化规模，并推广以及拓展应用市场，促进增材制造产业快速发展，才能在未来快速产业化浪潮中保持领先地位，并带动整个产业良性发展。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印助力后疫情时代，梳理全球企业资源图谱，解析百亿美金市场现状 2.《Wohlers Report 2021》：全球3D打印市场规模（设备、材料、服务）发展情况 3.工信部装备工业发展中心：我国增材制造从业人员现状分析 4.Formnext深圳国际展百余3D打印品牌参展、百余论坛、百余新品发布

近日，美国海军与Stratasys签订了一份价值 2000 万美元的合同，将在未来五年内购买多达 25 台 Stratasys F900 3D 打印机，这是该公司收到的同类合同中最大的一份，预计在 2021 年底前交付前八台。 Stratasys 美国政府业务部门主管表示，此举有助于缩短美国军事供应链，同时为其海军提供增强的飞机维修能力。3D打印对美国海军等军事组织的帮助包括以具有成本效益的方式延长飞机等战略和战术资产寿命，同时确保维护活动不受地域和时间限制。这份合同是 Stratasys 迄今为止最大的政府项目，它将继续扩大 Stratasys 工业 3D 打印在美国政府中的存在。 美国防部3D打印战略 Stratasys 新宣布的海军合同是在今年早些时候美国国防部(DoD) 推出增材制造战略之后发布的。该蓝图与其他美国军事服务和国防机构一起起草，有效地概述了该部门通过在国防中采用 3D 打印来实现的五个目标。 为了最好地实现这些目标，主要涉及美国国防系统的现代化、改进设备维护和提高作战人员的战备状态，美国国防部已经为自己设定了一些短期目标。例如，该机构已承诺发布广泛的内部政策指导，允许在在国防领域“最广泛的实际范围”内采用 3D 打印。 国防部还制定了建立联合国防制造委员会的计划，以促进此类信息的共享，并重申其打算为其人员提供先进技术的具体培训。 根据国防部推进增材制造的途径，当前已处于第二阶段。未来，各军种与业务机构还将制定详细执行计划，并在每年列出优先级清单，支持预算和资源的分配（美国防部图片）自 2021 年 1 月发布战略以来，国防部一直在加大对 3D 打印的采用，仅仅一个月后，它与ExOne 签约开发“便携式 3D 打印工厂”。该系统设计安装在 40 英尺的集装箱内，旨在为军事人员提供在陆地、空中或海上 3D 打印备件。 在软件方面，国防部还支持对Senvol 的机器学习平台进行与国防相关的升级。尽管交易的范围、价值以及软件研发的具体细节仍未公开，但据了解，它将为涉及到的3D 打印材料和工艺开发“增效功能”。 如今，凭借 2000 万美元的 Stratasys 订单，美国国防部扩大了打印机产品组合，特别是在其美国和日本基地，首批八台系统将于 2021 年底发货。这些机器将用于生产最终用途零件、工具和培训辅助工具，并为海军的飞机维护和分布式制造计划做出贡献。 Stratasys F900 在航空领域的应用 Stratasys F900 Production 3D 打印机于 2018 年 4 月推出，基于Fortus 900mc 平台开发，具有更大的构建体积和更高的精度，使其能够满足更广泛的应用。特别的，该机器与 ULTEM 9085 等阻燃材料的兼容性越来越多地被用于生产满足严格航空航天监管标准的零件。 去年，BAE Systems宣布安装第四套 Stratasys F900 系统，作为其“未来工厂”计划的一部分。该机器现已在该公司位于英国的 Samlesbury…

近日，北京工业大学材制学部激光工程研究院王璞教授课题组使用DLP 3D打印工艺结合溶液掺杂技术制备了稀土掺杂石英微结构光纤，并成功将其应用于高温光纤传感领域。该工作为3D打印石英技术开拓了又一新的应用落脚点，有助于推动3D打印掺杂石英光纤的进一步发展，未来该技术有望被广泛应用于各类稀土掺杂光纤激光器、光纤放大器等领域。 稀土掺杂微结构石英光纤被广泛地应用于军事国防、通讯传输、探测传感等诸多领域，该光纤在实际制备过程中，通常面临两大核心技术：稀土掺杂石英光纤预制棒制备技术和微结构光纤制备技术。 3D打印技术克服传统光纤预制棒制造困难 在稀土掺杂石英光纤预制棒制备方面，石英基质具有良好的化学稳定性、优良的机械特性、较高的损伤阈值等特点，在工程应用和科学研究方面备受关注与青睐，但石英材料在实际制备过程中，通常面临较高的软化温度、较大的粘度、稀土溶解度有限、加工成型困难等问题。目前被广泛使用、最成熟的稀土掺杂预制棒制备方法为改进的化学汽相淀积法，如图1所示。该技术需要高纯沉积气源、大型旋转高温设备（~2000 ℃），同时还面临较大的疏松体孔径（~2μm，不利于稀土离子的均匀分布），复杂的制备工艺、高昂的生产成本、有害气体与环境污染等问题。 图1 MCVD装置原理图 针对上述稀土掺杂预制棒在制备过程中所面临的问题，王璞教授课题组利用3D打印光固化纳米复合浆料来制备稀土掺杂光纤预制棒，如图2所示，其具有室温成型（25 ℃），易于成型且表面光滑（全程无需任何机械加工），纳米多孔结构（~50 nm，有利于稀土离子的吸附与均匀分散），较低的烧结温度（1300 ℃），极低的制备成本等优点。 图2 基于3D打印光固化纳米复合材料的稀土掺杂预制棒制备原理图 经固化、脱脂、掺杂、烧结等工艺步骤，得到透明、表面光滑、无定型的掺镱（Yb）石英玻璃芯棒，在976 nm和1040 nm处表现出了良好的Yb荧光特征峰，该玻璃中Yb离子的荧光寿命约为0.74 ms，如图3所示。 图3 (a)Yb掺杂石英芯棒，(b)掺杂芯棒XRD检测图，(c)Yb掺杂石英芯棒荧光光谱图，(d)Yb离子荧光寿命 3D打印制备光纤微结构 在微结构光纤制备方面，通常采用手动堆积-牵拉法、挤压法、超声钻孔法等，如图4所示。针对石英微结构光纤，目前使用最广泛的是手动堆积牵拉技术，其具有精度高、长度长等优点，但在实际制备过程中，面临堆积形状结构受限、手动堆积加工、反复牵拉等问题；挤压法通常采用大型挤压塔，对玻璃原棒进行挤压，由于挤压模具耐热温度的限制，挤压法通常只适用于低软化温度（＜1000 ℃）的多组分玻璃，针对石英基材料无法进行直接挤压，且所能制备的结构相对单一；超声钻孔法无法避免大型超声钻孔机，且面临加工时间长，玻璃体易破碎等问题。 图4 微结构光纤制备方法 (a)堆积-牵拉法(b)正向挤压法(c)超声钻孔法 针对上述传统微结构光纤加工制备所面临的问题，该课题组采用DLP 3D打印技术制备了空气-石英结构包层，如图5所示。3D打印技术在制备复杂、任意结构方面具有明显优势，且制备过程中无需大型特殊设备，同时DLP 3D打印纳米复合浆料技术，可在较低烧结温度（~1300 ℃）下实现石英玻璃结构的制备。  图5 基于DLP 3D打印技术的空气-石英包层结构制备原理图 经过与掺杂石英芯棒类似的热处理工艺，得到空气-石英包层结构，与商用的熔融石英玻璃进行对比发现，拉曼光谱与X射线光电子能谱检测表现出良好的一致性，证明3D打印石英玻璃可进一步应用于光学元器件的制备。 Yb掺杂石英微结构光纤 将Yb掺杂的石英玻璃芯棒与空气-石英包层进行简单的手动装配，结合光纤拉制技术，将直径1.5 cm左右的微结构石英光纤预制棒拉至百微米量级，如图6所示。与传统微结构光纤拉制技术相比，3D打印石英光纤在拉制过程中未充入任何气体，通过拉制温度、玻璃粘度控制尽可能保持原有石英结构，所得光纤直径与头发丝类似。所得光纤折射率与传统方法制备的石英光纤保持良好的一致，吸收光谱检测显示出标准的Yb离子特征峰，但目前该光纤传输损耗较大，有待进一步优化。 图6 基于DLP 3D打印技术的稀土掺杂微结构石英光纤制备流程图 光纤高温传感 将所得到的Yb掺杂微结构石英光纤进行高温传感应用实验，当温度不断升高时，荧光光谱呈现出周期性变化，利用920nm和1080nm处的荧光强度比，可实现高温光纤传感，其对数荧光强度比与温度倒数拟合曲线呈现出几乎完美的线性分布，探测灵敏度与普通商用光纤基本一致，处于正常范围内。  END 目前该光纤面临背景损耗过大，进一步研究表明损耗主要源于玻璃内部缺陷与空气孔结构的塌陷，未来需进一步优化制备过程中的烧结工艺和真空度，以降低该光纤预制棒中所含杂质与气泡，同时可进一步优化拉制工艺，以弱化空气孔结构的塌陷趋势，从而进一步减低传输（泄露）损耗。 该工作将3D打印石英技术成功地应用用于稀土掺杂微结构石英光纤的制备，并将所制备的光纤成功应用于高温光纤传感，推动了3D打印石英技术的实用性发展，同时为稀土掺杂微结构石英光纤的制备提供了新的途径，未来该技术有望进一步应用于光纤激光器、放大器等领域。 注：本文内容来自3D打印技术参考，由郑保罗供稿。欢迎转发主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.Formnext：Raise3D将以9.9万和2.9万的价格发售桌面金属和碳纤维3D打印机 2.Formnext深圳展百余3D打印品牌参展、百余论坛、百余新品发布 3.多款工业级FDM/FFF 3D打印设备入驻国内领军3D打印手板企业峻宸集团 4.低成本，高效率丨DLP 3D打印高强复杂结构最终用途部件

当前，国际汽联新批准了两种可用于2021赛季3D打印的高性能铝合金：A6061-RAM1和A2024-RAM2。这两种材料都具有较高的比强度，可以为汽车节省更多重量。同时还批准了其他几种3D打印金属材料，包括Inconel 625、钴铬合金以及其他牌号的钛合金和钢材料。 截至目前，被国际汽联批准的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 • 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。 无法忽视3D打印技术的细分领域 一级方程式赛车是国际汽车联合会 (FIA) 认可的最高级别的赛车，这意味着 F1 赛车是世界上最快的公路赛道赛车，能够达到 370 公里/小时（230 英里/小时）。要让汽车跑得这么快，需要大量的工程设计，每个F1车队都使用尖端技术来保持竞争力，3D打印是其中的关键技术之一。 轻巧且符合空气动力学，是达到保证速度的重要因素，这是3D 打印技术最为擅长的两件事。工程师在火箭和战斗机上采用 3D 打印的原因与 F1 团队使用该技术的原因相同：减轻重量和设计自由。不仅外部零件需要符合要求以减少阻力，而且 F1 赛车对于它能实现的马力来说显得体型非常小，因此所有内部零件都必须占用尽可能小的空间。许多组件必须相互嵌套，并且必须设计为能够适合任何可用空间，因此没有比 3D 打印更好的方法来制造此类零件。 阿尔法·罗密欧 此外，F1车队基本上每年都会制造新车。每年重新制造同一辆车已经非常困难，而且这涉及到研发改进、测试、检查和练习时间。很明显，如果车队不依赖3D打印个性化、快速无模制造的特点，将难以实现生产零件的迭代。 在2020赛季，阿尔法罗密欧车队“C39”配备了143个3D打印零件，分别为58件钛合金、19件高性能铝合金以及66件普通铝合金，类型涵盖底盘插件、冷却回路管道、安全结构、轻型整流罩以及其他车身零件等。使用3D打印生产这些零件将汽车的重量减少了至少2％，这对F1赛车的性能而言意义重大。 阿尔法·罗密欧C39和C41上的3D打印材料和零件数量  为进一步提升赛车性能，阿尔法•罗密欧进一步增加了2021赛季新款赛车C41中3D打印零件使用量，达到304个。其中AlSi10Mg、Scalmalloy超级合金、Ti64和不锈钢零件的比例分别为40％、36％、22％和2％，这些不同材料的零件分布在赛车中的不同位置，使得C41上面的3D打印零件的总重达到14860g，相比C39的13140g稍重。  3D打印的赛车管道盖（图片来源：阿尔法罗密欧赛车） 汽车制造商已经越来越多地将拓扑优化和衍生式设计作为开发具有最终用途应用的3D可打印部件的一种手段。 2021赛季纳斯卡杯赛，STEWART-HAAS赛车也采用3D打印减轻重量、提高性能。Stewart-Haas与Autodesk合作，成功使用Fusion 360衍生式设计软件，使制动踏板重量减轻了32%，同时提高了刚度和整体安全性。通过雷尼绍RenAM 500Q系统3D打印，改进后的踏板已安装在Cole Custer的 750 bhp福特野马上。 在去年，Fraunhofer IAPT与菲亚特合作，将其一辆跑车的12个部件整合到一个3D打印的悬架部件中，重量比原始部件减轻了36%。  Stewart-Haas与Autodesk合作3D打印的制动踏板 菲亚特将跑车的12个部件整合到一个3D打印的悬架部件中 保时捷3D打印的铝合金活塞 同样的，保时捷还与通快和马勒合作，为其旗舰911超级跑车3D打印了升级后的发动机活塞。使用AI主导的设计方法，制造商已经能够将冷却管道集成到实验活塞的“冠部”中，一旦安装，就可以有效地为车辆发动机增加30马力。  在刹车制动方面，过去几年已经有几家汽车公司考虑采用3D打印制造相关部件。2019年7月，英国公司Carbon Performance使用其专有的平台，3D打印了刹车卡钳；此后不久，布加迪成功对其3D打印的制动卡钳进行了成功演示。 END 从国际汽联公布的3D打印金属材料清单可以看出，有很多材料并不是当前主流使用的3D打印材料，很多属于并未得到充分验证的新开发材料。因此也可以看出该领域对3D打印技术以及新材料的需求程度。如文中指出，航空航天和汽车领域对3D打印技术具有共同的需求，复杂零件制造、轻量化、小批量快速生产。当一个领域深刻认识到这项技术的特点，你会认为，3D打印技术，真香。 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.从143到304，多材料3D打印为汽（赛）车提速、增效、降本 2.布加迪3D打印再创新高，小身躯，大力量 3.福特公司看重铝合金粘结剂喷射3D打印 4.从实验室走向生产线，3D打印的未来就是汽车轻量化的未来