高强铝合金由于优秀的比强度已成为商用和军用飞机主要的结构材料。对于大多数对安全至关重要的应用，高强度和高韧性是对结构材料的关键要求。然而，强度和韧性通常相互排斥，韧性会随着强度的提高而降低，导致设计者可以安全使用的高强度铝合金的屈服强度受到限制。 近期，西北工业大学黄卫东教授课题组开发了一种采用SLM技术3D打印的Sc/Zr改性Al-Mg和Al-Mn基合金，具有良好的强度和韧性组合，实现了与高强度7xxx锻造铝合金相当的高屈服强度，为制造高强、高韧铝合金提供了一种有效的策略。 激光增材制造铝合金及其复合材料的力学性能 通常，断裂韧性与裂纹尖端和局部微观结构之间的相互作用有关。特别地，采用SLM技术3D打印的Al-Mg（Mn）-Sc-Zr合金不仅具有超细第二相颗粒，而且在整个熔池中还存在明显的的非均相α-Al基体组织（混合了等轴晶和柱状晶）。此外，激光轨迹的重叠进一步在宏观尺度上产生了空间非均匀的微结构。因此，其断裂韧性与裂纹尖端以及超细非均匀微观结构之间的相互作用有关。 本研究中的Al-Mg-Sc-Zr粉末采用真空感应气体雾化(VIGA)工艺制备，粉末化学成分为Al-4.66Mg-0.48Mn-0.72Sc-0.33Zr-0.12Fe-0.03Si(wt.%)，并使用EOS M280 3D打印机制造。采用优化的工艺参数可实现高于99.4%的致密度，打印完的样品在325°C下直接时效4小时（峰值时效），以引入二次Al3(Sc,Zr)析出物实现沉淀强化。 以往有研究发现，采用SLM技术打印的Al-3Mg-0.2Sc-0.1Zr(wt.%)合金由柱状晶粒构成。而在本研究中，由于提高了Sc、Zr的含量，获得了由细晶粒和粗晶粒交替组成的非均匀晶粒组织。在熔池尺度上，显微组织由熔合边界处的等轴晶带和熔池内部的扇形柱状晶区组成，异质晶粒结构的起源归因于整个熔池中初级Al3(Sc,Zr)相（有效的成核位点）的不均匀沉淀。由于原生Al3的富集(Sc,Zr)颗粒和高冷却速率，等轴晶粒带中的晶粒被显著细化为超细晶粒(0.1–1μm)，其比铸态Al-0.7Sc合金（25±2.7-70±4.6μm)小一个数量级。 SLM制造的Al-Mg-Sc-Zr 合金的力学强度、表面粗糙度及断裂韧性数据 传统的高强度锻造铝合金通常包含三种类型的第二相颗粒：在凝固过程中形成的粗颗粒（直径约1-10μm）；在铸锭均匀化过程中形成的中间弥散体（直径约0.1μm）；以及在时效过程中形成的纳米级沉淀物实现了沉淀强化。与传统锻造铝合金相比，SLM加工的Al-Mg-Sc-Zr合金中第二相颗粒特征的关键区别在于成分颗粒的显著细化。由于熔池凝固过程中的高冷却速度，组成颗粒的尺寸被超细化至50-200nm，体积分数约为1%。因此，直接时效后合金的成分和弥散颗粒很难区分。在直接时效过程中，在α-Al基体中形成了纳米级（半径约2nm）的二次Al3(Sc,Zr)析出物。 由于缺乏与晶粒超细化相关的位错积累，该合金在拉伸试验期间表现出较低的屈服伸长率和整体应变硬化能力。试验结果表明，该合金的抗拉强度各向异性较低，而延展性体现出各向异性的特点。将SLM 加工的Al-Mg-Sc-Zr 合金的强度和韧性与传统的2xxx、7xxx 和Al-Li 锻造铝合金进行比较发现，前者具有良好的强度和韧性组合，性能堪比7075-T651高强锻造铝合金。 所开发的铝合金的应力应变曲线及其与传统高强铝合金的强韧性比较 从断裂力学的角度来看，金属基材料的断裂过程可以看作是内在损伤/增韧和外在增韧过程的综合结果。内在损伤取决于微观结构的特征，一般涉及裂纹尖端前塑性区第二相粒子的开裂或脱粘以及基体相的晶间或穿晶断裂等过程，内在增韧机制阻碍了可能的损害行为。相比之下，外部增韧机制如裂纹偏转和裂纹从I型方向分叉，通常会导致I型裂纹扩展驱动力的损失。 SLM处理的Al-Mg-Sc-Zr合金的内在损伤/增韧和外在增韧机理 据报道，铝基合金的固有损伤过程取决于多尺度第二相粒子的特性。通常，纳米析出物在很大程度上控制了滑移和变形行为，并间接影响合金的断裂韧性。组成颗粒和分散体通过影响空隙的成核、生长和聚结直接影响断裂韧性。当基体塑性变形时，大的组成颗粒很容易开裂，而中间弥散体具有较强的抗裂纹能力。 总之，对于SLM处理的Al-Mg-Sc-Zr合金，由于熔池凝固过程中初生Al3(Sc,Zr) 相的高冷却速率和不均匀析出，在合金中获得了超细且非均质的显微组织。成分颗粒的超细化促进了内在增韧，而非均质 α-Al 基体微观结构诱导了外在增韧机制，如裂纹偏转或分支等。尽管由于二次Al 3 (Sc,Zr) 纳米析出物导致的有序平面滑移导致脆性裂纹，但断裂韧性通过与超细和异质微观结构相关的多种内在/外在增韧机制得到有效改善。这项研究展示了一种制造高强度和高韧性铝基合金的新策略。 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.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 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.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 4.当前国内外高强铝合金种类、性能信息汇总

GRCop-42 是一种被 NASA 格伦研究中心设计为制造火箭发动机燃烧室衬里的高温、高强度、高热通量铜合金。近日，航空航天领域的增材制造服务提供商 Sintavia 开发了一种新的 GRCop-42 专有 3D 打印工艺及热处理步骤，使零件在不进行热等静压处理的情况下，致密度超过 99.94%、最小伸长率也超过了 32.4%（最小拉伸强度28.3 ksi、最小极限屈服强度52.7 ksi）。 Sintavia无须热等静压实现GRCop-42的高性能 根据3D打印技术参考在《NASA新材料3D打印工艺开发备忘录》一文，NASA 在GRCop-42 铜合金的3D打印工艺开发过程中，采用激光粉末床熔融工艺并进行热等静压处理后，材料的延伸率均未超过30%，而热等静压一直是 NASA 处理该材料的标准工艺。基于两项数据的对比，Sintavia 公司的新工艺从理论上将进一步减少 GRCop-42 铜合金 3D 打印零件的处理时间及生产成本。 GRCop-42机械测试样件分布图 火箭发动机燃烧室的制造材料非常关键。NASA用来打印燃烧室的铜合金材料均来源于经过验证的传统铜合金。2014年，NASA对其 GRCop-84（Cu-8% Cr-4% Nb）实施了SLM用粉改造，采用该牌号粉末制造的燃烧室可以产生高达2000磅的推力；2019年，NASA将合金元素的百分比减少了一半，成功实现了 GRCop-42（Cu-4 % Cr-2% Nb）铜合金开发，该材料在具有同等高强度的同时大幅提高了导热系数，因此被用来替换 GRCop-84；与此同时，GRCop-42 比其他燃烧室内衬专用合金，如NARloy-Z（Cu-3％Ag-0.5％Zr）的导热率还要高。 推力室内衬铜合金导热率比较 下图显示了三种主要合金的低周疲劳（LCF）寿命，它是发动机燃烧室内衬材料失效的主要模式。与GRCop-84相比，GRCop42的寿命有些降低，但基本上与NARloy-Z相一致。这些测试结果意味着GRCop-42可能会成为一种制造发动机内衬的新材料。 燃烧室用低周疲劳性能比较 发动机燃烧室通常是多种金属材料的一体结构，NASA也在力推将铜合金与其他材料实现复合制造。 在一项名为 LCUSP 的项目中，NASA 成功展示了使用激光粉末床熔融技术（SLM/L-PBF）制造 GRCop-84 铜合金燃烧室衬里以及使用电子束沉积技术（EBF）在推力室衬里上制造 Inconel 625 冷却通道和外壁的能力。这种3D打印的多金属复合结构燃烧室于 2018 年成功进行了热火测试，NASA 还通过与工业界的合作进一步将其发展为成熟的双金属燃烧室。LCUSP项目的成功实践表明，不同工艺之间的“最佳组合”为快速开发低成本、梯度材料高质量火箭推进部件提供了上升通道。 SLM制造的GRCop-84燃烧室铜合金衬里和DED制造的Inconel 625外衬 2019 年，卫星发射公司 Virgin Orbit 采用增减材制造工艺为 NASA 实现了 GRCop-84 铜合金与镍基高温合金的复合金属材料燃烧室制造，热火试验证明基于该工艺制造的复合材料部件与传统制造的性能相一致。 2020 年，NASA 再次采用采用激光沉积技术在3D打印的 GRCop-42 铜合金燃烧室上直接制造了 HR-1 高温合金冷却通道喷嘴，这种整体式的结构将不再需要螺栓连接，增加了结构稳定性。与之相关的预防构建失败和变形的建模、工艺仿真、材料表征和测试也都在计划之内。 NASA在L-PBF打印的GRCop-42铜合金外采用LP-DED工艺打印HR-1高温合金制造整体式部件 NASA使用L-PBF工艺打印的GRCop-42铜合金和LP-DED打印的HR-1高温合金整体式部件 GRCop 铜合金系列已经在 NASA 多个项目中获得测试和应用，同时…

SpaceX 无疑是美国最为成功的私人航天公司，即便蓝色起源刚刚成功完成了旗下飞行器的首次载人飞行，但前者已经跻身美国国家安全太空发射供应商。商业成功的背后是技术的创新，SpaceX 对 3D 打印技术的应用一直在大力推进，3D打印技术参考在此前曾对该公司就增材制造工程师的要求进行过介绍。近期，针对该技术的新一轮招聘已经开始，对于岗位职责和要求，这次又有哪些变化呢？ SpaceX招聘增材制造经理 这次招聘的对象是增材制造经理，其主要职责包括管理工程开发和运营团队以及生产零件的交付，满足客户需求，特别是要帮助所有采用该技术的团队专注于子组件的设计简化和整合。为了加速采用3D打印技术，还要求他确定流程改进方案，制定战略、提高效率并推动公司既定目标向前发展。 该岗位还需要与内部团队在采购战略、市场分析、权衡分析审查以及供应商路线方面与工程师合作，支持成本、质量和交付目标，并为团队人员提供专业技术指导。SpaceX关注整个增材制造过程的优化，包括减少停机时间、高效快速的后处理、确保项目的有效执行等等。 SpaceX 星际飞船，计划用来进行载人绕月飞行及前往火星等太空探索 在这些岗位职责基础上，SpaceX要求应聘者至少具有工程学士学位，并具有3 年以上的金属激光制造工程（增材或减材）经验以及2 年以上的多激光和高功率激光（增材或减材）工作经验。而在以往工作中曾经采用3D打印实现运营规模增长以及对该行业及业内供应商和下一代平台技术有深入了解的应聘者则会被优先考虑。 基于对应聘者岗位和技能的要求，SpaceX开出的基础薪资为7.2-12.8万美元/年（2020年美国人均可支配收入5.3万美元）。不过，近一个月过去，申请者仅有10位。 SpaceX 龙飞船逃生系统发动机关键部件采用3D打印制造 2020年，SpaceX 还发布了一项关于增材制造工程师的招聘需求。在岗位职责中，公司要求应聘者能够为运载火箭金属增材制造应用开发贡献力量，通过开发和改进构建过程参数，升级和改进3D打印系统以最大限度的提高性能，能够充分利用增材制造技术的优势进行运载火箭零部件设计，最大限度提高客户满意度，缩短交付时间并降低整个制造过程的成本。主要责任包括： 1.实施新的制造技术并快速开发迭代，提高生产效率，实现先进的应用设计，降低成本并提高质量。 2.优化增材制造设备和软件，减少操作负担提高打印能力，实现高标准的一致性和可靠性。根据需要对设备进行结构优化并推动项目进行，必要时和原始设备制造商合作。 3.开发工艺参数，提高零件的整体机械性能、表面质量和几何精度。致力于提高现有材料的生产效率，开发新材料的工艺参数。与材料工程部合作，通过金相评估和机械测试确定新参数。 4.与设计师和相关工程师合作，利用SpaceX增材制造的优势，在适用的情况下推动零件减重和零件整合。发现并证实新的设计概念和特定几何结构的制造参数，以改善部件和系统性能，克服制造极限。 5.为各增材制造设备制定优化的粉末床熔融技术的构建文件，制定激光扫描路径，实现最佳的零件质量和一致性。 6.与操作人员合作，高效率实现生产，负责零件鉴定，和负责工程师和操作人员共同跟进，不断改进。 7.进行生产权衡研究和产能分析，努力以最佳方式表征总制造成本和约束条件，使用数据驱动技术最大化的利用增材制造技术。 8.在整个增材制造团队内部有效记录和分享与开发活动有关的信息，推动改进并促进培训。 9.与开发团队合作，在打印过程中实施监控，并与材料和工艺部门进行协调，对新工艺进行认证，以期在可行的情况下消除后续检测（如校准、尺寸、外观和无损检测等） 应聘者应当具备机械工程或其他工程学科的学士学位、3年以上金属增材制造专业经验，并有激光粉末床熔融设备的操作经验。 具备以下条件者可被优先考虑 1.机械工程或其他工程学科的硕士学位 2. 有“增材制造设计”经验 3. 具有开发和表征激光参数和扫描路径的经验 4. 有在多个增材制造平台上创建构建文件的经验 5. 能够使用工程基础进行权衡研究 6. 有实施激光粉末床熔融技术监控工具的经验 7. 了解高斯激光光学和高速激光扫描系统相关知识 8. 有建立和运行多因素实验设计（DOE）的经验 9. 精通可压缩和不可压缩流动、热力学、热化学、力学、材料和电路的基本原理 10. 优秀的沟通技巧和简洁的表达能力 11. 对推动商业航天业和载人航天事业的热情 12. 能够在协作团队环境中良好工作 13. 自我激励能力强，能够在高压环境中确定优先级并执行任务 其他要求：愿意加班。这项招聘需求表明SpaceX与增材制造技术相关的工作流程已经非常成熟，它涉及的内容非常广泛，从零件设计、工艺开发、性能检测，到多部门协作、设备改造、提高零件可靠性和一致性，再到综合成本控制和不遗余力的提高生产效率。所有这些都针对实际最终用途零件生产，SpaceX正在积极开发增材制造技术的潜力，而能够进入该公司工作，想必会是众多增材制造工程师的梦想。以上内容，也可作为国内相关企业招聘的标准，包括岗位职责、技能要求以及匹配的薪资水准；同时，相关的从业人员也可将其作为努力的方向。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.一线教师谈3D打印人才培养：职业院校专业建设面临的问题与探索实践 2.聚焦3D打印人才培养，国内金属增材制造技术人才培养联盟成立 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.美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特？

3D打印技术的进步已经改变了热交换器的制造方式。传统制造路线无法实现的复杂、自由设计，可以通过3D打印轻松实现。热交换效率的提高以及重量、体积、制造成本的降低是3D打印可以提供的其他优势。与传统批量生产方法相比，3D打印所涉及的工艺参数优化、表面粗糙度控制、支撑结构去除、后处理要求、兼容原材料和成本竞争力一直争议不断。但尽管存在挑战，采用该技术已经成功实现了金属、聚合物和陶瓷材料的热交换器制造。在本篇文章中，3D打印技术参考重点分析粗糙表面、微通道、表面积和晶格结构等因素对3D打印热交换器的性能影响。当前的研究发现，金属3D打印的表面粗糙度是影响热交换器性能的关键考虑因素；与预期设计相比，制造尺寸的偏差也非常显著，特别是当尺寸接近制造极限时。随着3D打印技术在最终产品表面质量、尺寸精度和实现更小尺寸精度方面的不断提高，热交换器的换热性能可能进一步提高。 表面粗糙度对热交换性能的影响 表面粗糙度是通过粉末床熔融技术制造不同类型金属热交换器的常见和关键考虑因素。3D打印的热交换器产生的表面粗糙度可能比通过传统方法制造的相同热交换器高一个数量级。小尺寸通道中固有的表面粗糙度更严重影响传热效率。因此，有必要正确评估表面粗糙度并系统收集相应工艺参数的数据库。 3D打印的飞机电机热交换器，最佳翅片密度可优化热交换效率 在led的热管理方面，拓扑优化散热器比栅格结构具有更好的性能 制造尺寸的显著偏差可能与预期设计的偏差高达约20%，这也会影响微通道热交换器的热工水力性能。一些研究报告称压降受由此产生的有效通道尺寸而不是粗糙度的影响，而一些研究报告称压降是受表面粗糙度的强烈影响，另有研究认为粗糙度与通道水力参数的比率更适合分析压降特性。对增材制造技术引入的表面粗糙度对传热机制的影响分析表明，决定热交换器传热效率的不仅包括粉末颗粒的尺寸，还有粉末颗粒的形状及其与热交换器表面之间的附着。 最小特征尺寸和制造精度对热交换性能的影响 型化电子设备的发展推动了开发小型散热器的需求，这些散热器可以耗散非常高的热量，确保延长系统的使用寿命。先前对微通道的研究已经证明它们具有消散高功率密度的能力。微通道换热器的典型特征是压降大，这可能是由于通道中的流动分布不均和较长的流向流动长度造成的。歧管微通道换热器作为传统微通道换热器的替代品，歧管结构放置在平行运行的微通道的顶部，并通过多个入口和出口分配冷却剂流体。这种配置中的流动长度减少，改善了热交换器的水力特性。但传统上歧管和微通道是分开制造的，再通过一种粘合技术连接在一起，这个过程会增加交货时间，如果操作不当会影响性能。 夹层壁圆柱体强制对流传热示意图 利用晶格结构近似法和梯度法优化晶格密度分布的热交换器 增材制造技术可以将歧管和微通道以单个部件进行制造，并确保两个组件之间具有的适当接口。更复杂和优化的通道设计也可以通过该技术实现，这对于传统技术来说可能非常具有挑战性。研究发现，将不锈钢翅片的厚度从150μm减小到50μm可以将换热效率可以提高20-40%，将歧管的厚度从300μm减小到150μm，可以将换热效率提高10-30%。对由不锈钢、钛合金和铝合金打印的微通道进行研究发现，翅片和微通道的尺寸误差约20%，此外由于残留粉末，部分通道存在堵塞。与钛合金相比，不锈钢样品的尺寸误差更为突出。具有相似几何形状和预期尺寸的三个样品的传热系数和压降参数的差异归因于制造过程中出现的不准确。未来，如果3D打印可以达到更高的制造极限和精度，热交换器的换热效率将会进一步提高。 蜂窝结构具有更高的热传递性能 多孔材料包含大量空隙，增强了相对于整体块状材料的结构和功能特性。商业采购的金属泡沫就是这样一种多孔材料，据报道它具有良好的热和机械承载能力。周期性排列的晶格结构材料已经被结构工程师广泛探索，与随机开孔泡沫金属相比，单元格的自聚焦拓扑可以提供更好的强度和刚度特性。增材制造不仅可以自由制备具有定制形态参数的晶格，还可以将整个蜂窝结构打印在基板上，从而消除了额外的热界面材料阻力。 3D打印的新型分层分形体积太阳能吸收体，总体热转换效率与传统碳化硅整体蜂巢相当 不同的单元拓扑结构 GE 3D打印的镍基高温合金热交换器用于高温高压环境中 蜂窝结构具有更高的热传递和压降，但总体优势取决于单元拓扑结构，主要的传热机制决定了蜂窝结构在特定应用中能否使用。例如，在强制对流中表现最好的蜂窝结构在自然对流中可能不是最好的。仿生技术可以极大地激发3D打印技术制造复杂仿生蜂窝结构的可能性。一种具有三重周期最小表面的结构被证明具有更高的表面-体积比和高有效的导热性。 END 增材制造技术作为制造实验室和商业规模热交换器的可行选择，正在显著提高热交换的效率，并减轻重量和成本。虽然增材制造技术在生产优化和复杂的几何形状方面优于传统技术，但零件质量相对较差。增材制造技术的肯定有用，但需要做具体和系统的大量验证。当前的3D打印技术还无法替代传统方法，但3D打印技术的不断进步，将逐步解决这些固有缺陷，从而生产出轻量、多功能和高效的热交换器。 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.由GE赞助的热交换器增材制造设计挑战赛有哪些先进结构 2.纯铜热交换3D打印工艺的发展：从SLM、3DP、FDM到DLP 3.当前国内外高强铝合金种类、性能信息汇总 4.新趋势：使用多工艺融合开发3D打印多材料梯度合金

桌面金属3D打印机的优势在于成本低、易操作，而且可以在办公室使用。对于传统制造领域，尤其是注射成型等行业，特别容易将其纳入原有的生产线，因此产生的产线升级费用也并不会太多。近年来，国产桌面金属3D打印技术发展迅速， 有些品牌甚至远销海外。 利勃海尔是世界上最大的工程机械制造商之一，具有多元化的产品线。如众多大型制造企业一样，该企业在制造工艺方面也在逐步探索更创新的技术。金属桌面3D打印技术，正是被其关注的3D打印技术之一，该公司的零部件部门借助包括桌面金属打印在内的多种工艺逐步转型，并推动集团公司其它生产部门采用增材制造技术。 从数字建模到不锈钢部件成品 个性化定制，是3D打印技术的一项重要特点。利勃海尔零部件部门尝试使用3D打印技术制作了一个用于固定驱动该公司重型机械和发电设备发动机的托架，这次成功的尝试，让他们找到了一条采用桌面金属3D打印实现成功应用的道路。 打印的托架（红色部分）对护栅（黄色部分）起到支撑作用（图片来源：利勃海尔零部件部门） 在经过数字建模、设计优化、成品制作、成品验证等步骤后，利勃海尔的第一个使用FDM 3D打印技术制作的发动机托架成功诞生，该产品在优化后减轻了超过50%的重量，高精度和高性能的成品使利勃海尔对这项技术表示了认可。 使用Raise3D MetalFuse复刻制作的发动机托架 由于发动机托架原本的设计建立在传统生产方式基础之上，因此受限于一些生产方式的局限性，设计会相对繁复。而利用自由度大幅度提升的3D打印技术，工程师可以通过拓扑优化，将原本的零件设计进一步调整改进，充分利用增材制造技术的优势实现零部件结构最优化。 拓扑优化与再设计—黄色箭头表示作用于零部件的机械应力（图片来源：Forward AM） 工程师基于实际运行中产生的机械应力，通过数字模拟，去掉了没有显著机械或热力应用部分的材料。拓扑优化最终得出全新的零部件结构，极大减轻了重量。然后，工程师采用只有3D 打印才能实现的设计方式：将点阵结构作为零部件的填充部分，从而再次大幅减轻零部件结构的重量，而功能性和稳定性丝毫不会降低。 应用结构仿真确保零部件能承受住最终应用时的工作负荷（图片来源：Forward AM） 将点阵结构作为零部件的填充部分 由于只在必要处使用材料且整合了点阵填充结构，重新设计后的托架总重量从 343 克减少至 167 克，减重超过 50%。重量的减轻意味着单个零部件生产成本下降，使用的材料更少，同时缩短了生产过程中的打印时间。 经拓扑优化的金属 3D 打印设计（图片来源：Forward AM） 基于桌面金属3D打印的成品制作与验证 在模型和材料确定后，开始进行成品的打印与制作。对于需要拥有高精度、确保运作性能的金属机械零件来说，一套高性能的3D金属打印解决方案在成品制作过程中显得尤为重要。高精度、运行稳定的打印设备能保障成品的精准度，确保零件的性能表现。先进的脱脂工艺，能缩短成型时间，提高致密度与屈服强度。除此之外，较大的打印腔体不仅可以实现大型零件的一次性打印，还可以实现小型零件的批量生产。 成功打印零部件后，工程师对零部件进行3D扫描，将该零部件的尺寸与建模时生成的模拟数据进行比较。分析尺寸一致性，比较零部件的表面并检查具体尺寸后，即可证实利勃海尔零部件部门最终生产出的零部件具有高精度、高性能特点。 对打印的零部件进行精密扫描，确保其精度（图片来源：Forward AM） 使用增材制造技术后的利勃海尔零部件部门降低了托架的生产成本、时间成本、极大的降低了托架重量，与此同时，还保证了托架承载能力的一致性。在建立起“增材制造思维”后，利勃海尔零部件部门已使用3D打印机在内部进行打印，并计划在该公司全球各个生产部门推广增材制造。

自 2017 年 GE 增材宣布开发粘结剂喷射金属 3D 打印技术以来，GE 各业务部门通力合作，共同支持该项目的研究与开发。目前，GE 增材已经可以打印航空、能源、汽车和其他工业领域使用的多种合金，不断开发的新材料和形状解决方案，能够满足客户的各种应用需求。 通用电气的每项业务都拥有数十年的材料科学和化学专业知识，GE 全球研究中心拥有深厚的专业知识，他们的材料团队了解粘结剂喷射的复杂要求，可以根据需要开发新的材料体系和粘结剂。GE 增材的第一种粘结剂用于成型高端镍基合金，并与 GE 能源部门合作开发燃气轮机零件，还与 GE 航空部门合作开发部分组件。GE 的其他业务部门也发挥了关键作用，他们帮助 GE 增材将需求与彼此的制造经验、零件设计和专业知识联系起来并发挥了关键作用。基于此，GE 增材的粘结剂喷射技术已经开始产生价值。材料和工艺被 GE 增材视为关键的差异化因素，并从四个角度进行粘结剂开发： 首先，考虑环境、健康和安全。更安全的粘结剂可以保护使用这些化学品的操作员的健康，并减少对复杂工程控制的需求。这对于工业化和工厂验收很重要，其降低了环境排放风险。 其次，创造具有高效、高强度的粘结剂。高生坯强度是生产大型零件和具有薄壁、尖角和其他精细特征零件的关键。生坯强度对于去粉和零件处理也很重要，这有助于实现自动化生产。 第三，粘结剂需要具有良好的热力学强度（brown strength，准确性须核实），这将最大限度地减少烧结过程中的变形，并实现更好的几何控制。零件不能只是可打印，它们还必须是可烧结的。 第四，粘结剂具有清洁的燃烧特性。超级合金和其他高性能材料具有非常特殊的化学成分，在烧结过程中不能留下可能影响最终零件微观结构和机械性能的杂质以及残留物。 GE增材粘结剂喷射3D打印机基本参数和过程示意图 ‍GE增材粘结剂喷射3D打印机打印过程 可以看出该打印机的成型尺寸较大 近期，GE 增材的研究人员发表了相关研究，分析了RENÉ 108合金采用粘结剂喷射技术成型的性能问题（粘结剂饱和度为100-120%，层厚0.1mm），并得出了两个主要结论： 首先，采用清洁燃烧的粘结剂所打印的零件具有更好的性能，其在最后的烧结过程中没有留下任何反应性残留物。其次，发现零件性能不仅仅取决于粘结剂，机器与材料的相互作用会严重影响零件的疲劳寿命。 GE Power 的提供的涡轮部件第一阶段内护罩：（a）生坯和烧结状态（b）加工后 粘结剂喷射技术制造的内燃机活塞 RENÉ 108具有独特的蠕变强度和抗氧化性，可用于提高燃气轮机的效率。燃气轮机的效率可以通过提高点火温度和减少冷却热段部件所需的空气量来提高。为了有效地冷却零件，需要设计内部通道和复杂结构，以便高效地使用空气来冷却系统。能够承受高温的先进材料和允许制造具有复杂内部冷却功能的组件的工艺尤为重要。RENÉ 108便是首选的热端部件材料，而粘结剂喷射技术能够创建更复杂、更高效且限制更少的部件。 END 从文中视频可以看出，GE增材开发的粘结剂喷射金属3D打印机的成型幅面很大，实际上这一尺寸为390*390*267mm，证明该技术的开发从一开始就面向工业部件制造。GE 增材指出，与其他3D打印工艺相比，粘结剂喷射技术具有许多优势：可以成型超级合金和其他难以焊接的材料，并能制造结构更为复杂的零件；金属粘结剂喷射的速度和无支撑特性还可以节省时间和成本，其打印速度至少比基于激光的技术快 6 倍，并可以在适当的热处理后制造更大的零件。 当前，粘结剂喷射金属3D打印技术的其他知名开发商也主要来自美国，如 ExOne、HP、Desktop Metal 等，他们在该技术领域领导了全球创新，相关产品也将陆续开始上市。未来，这项技术将深刻影响传统制造行业，并将改变金属增材制造行业的市场格局。 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.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 2.ExOne服务中心已交付超200万件粘结剂喷射金属3D打印零件 3.粘结剂喷射3D打印：高DPI并不意味高精度，五个因素是关键 4.金属粘结剂喷射3D打印：在尝试使用该技术时须考虑整个工艺链

对于粉末床金属增材制造技术，无论是基于激光的还是电子束的，工艺参数如功率、扫描速度和扫描策略等均强烈影响增材制造过程中微观结构的形成，而微观结构会影响产品的最终机械性能。因此，微观结构是制造工艺和机械性能之间的关键桥梁。了解微观结构演化的机制并通过调整工艺参数来定制微观结构以获得所需的性能非常重要。然而，由于增材制造工艺参数众多，试错实验成本高昂且耗时。另一方面，随着计算能力的发展，数值模拟已成为理解潜在机制和探索过程-微观结构关系以实现增材制造中微观结构控制的有力工具，从而实现精准控形控性。 近日，NPJ计算材料刊发了新加坡国立大学闫文韬教授团队的一项成果，其开发了一种三维相场模型来模拟粉末床熔融增材制造过程中的晶粒演化，结合经典成核理论以及粉末颗粒和基材的初始晶粒结构，全面再现了多层、多道粉末床熔融过程中的晶粒演化，包括熔池中晶粒的形核和生长，粉末颗粒、基板以及熔池边缘处的外延生长，重叠区域的晶粒重熔和再生长，以及热影响区的晶粒粗化。为了验证模拟结果的准确性，研究人员进行了实验验证，且结果一致。   图1.SLM 过程模拟示意图 熔池形态和晶粒演化 初始晶粒的形状是等轴的，不同取向的晶粒用相对于成形方向进行着色。由于存储容量有限，仅考虑36个随机方向。所选取的材料为316L不锈钢，进行三层三道熔融过程模拟。316L不锈钢的液相线温度为1723K，超过该温度显示为红色熔池。对第一层1道和2道的模拟显示，熔池的自由表面被捕获，熔池边缘不规则，一些粉末颗粒部分熔化（黑色箭头）。在扫描第一层时，由于连续的能量输入，基板温度随着扫描叠加而升高。在进行第二层和第三层扫描时，扫描方向相对前一层旋转90°，因此扫描轨迹和温度场也旋转了90°。 图2.粉末和基板的初始晶粒形貌 晶粒的演变如实反映在了模拟结果中。当温度高于1723K时，粉末颗粒和基体熔化成液相，晶粒结构熔解于其中(图3f)。当局部温度低于1723K时，液相转变为固相，并在凝固区域形成晶粒。在扫描第一层2道时(图3g)，在第一层第1道中形成的一些晶粒被重新熔化。扫描第1层3道后(图3h)，从俯视图(Z方向)看，长晶粒和细晶粒交替出现。从侧面(Y方向)可以看出，这些细晶粒实际上是沿Z方向边长最长的晶粒。扫描第三层第三道后，最终晶粒形貌如图3j所示。从图3h和3j的对比可以看出，上层形成了粗晶粒。   图3.三层三道 SLM 过程中温度场和晶粒演变，a-e温度场演变；f-j晶粒演化。a和b中的红色区域显示了两条轨迹中的熔池形态。相邻层之间扫描方向旋转90°；部分熔化的粉末颗粒由黑色箭头突出显示 在三层三轨SLM过程中可以观察到不同种类的晶粒演化。这些演变从以下四个方面进行分析。 (1)熔池内的晶粒演化。在熔池内，晶粒长大方向垂直于熔池边界（如图4a中白色箭头所示），与热传导方向相反。熔池边界附近的晶粒形态表明晶粒从基底和部分熔化的粉末颗粒外延生长。此外，在熔池中可以观察到新的晶粒，这些新晶粒中的一些来自异质成核，如图4c中所示的“B”晶粒。 (2)重叠区的晶粒重熔和再生长。在第三道的扫描过程中，重叠区的晶粒部分或全部重熔，然后部分重熔的晶粒(如“A”晶粒)通过外延生长进入第3熔道区域，如图4b、c 、d。晶粒的重熔和再生长在相邻层间的重叠区也会发生，如图4e所示，在蓝色虚线矩形区域内进行了重熔和再凝固，并将第一层部分熔化的晶粒延伸到第二层。在从第1层到第2层的外延生长过程中，晶粒竞争生长，只有一部分晶粒能够成功延伸到第2层。在第二层扫描中竞争力较高的晶粒扩展到第三层时可能失去竞争力，如图4e中的“C”晶粒。这可以归因于90°旋转扫描，从第2层到第3层，扫描方向旋转90°，因此热传导方向和温度梯度也发生了改变。 (3)相邻层间晶粒生长方向发生变化。如图4e-f中红色箭头所示，当晶粒从第1层生长到第3层时，晶粒生长方向发生了变化。晶粒沿与热传导方向相反的方向优先生长，热传导方向在相邻两层之间旋转90度，这导致了相邻两层间晶粒生长方向的旋转。实验中也观察到类似的晶粒生长方向的旋转。 (4)晶粒粗化。熔池边界附近的晶粒以大晶粒以牺牲小晶粒的方式长大变粗，基板的温度会随着扫描次数的增加而升高，进而导致基体晶粒粗化。同时，随着扫描层数的增加，下层区域的温度也会上升，底部的晶粒也会粗化。 图4.XZ横截面中SLM粉末熔融过程中的晶粒演变 晶粒尺寸的演变 晶粒尺寸的所有数据均基于3D模拟结果计算。83.4%晶粒的纵横比大于1.5，说明三层三道打印主要形成了柱状晶粒。一些等轴晶粒通过晶粒形核引入，由于晶粒粗化，它们在制造过程中不会延伸或收缩太多，从而形成等轴形态。实验得到的晶粒长宽比分布和模拟之间具有良好的一致性。随着时间的增加，熔池向前移动，晶粒不断形成，并在后面的凝固区域中长大和粗化。因此，早期的晶粒数和平均晶粒体积随时间增加。凝固完成后，由于不能引入新的晶粒，晶粒数趋于稳定；而平均晶粒体积因不断的晶粒粗化而略有增加，最终趋于稳定。平均晶粒体积在同一层的第1道到第3道以及从第1层到第3层依次增大。 图5.不同层、不同熔道的晶粒数目及体积变化 对于同一层的三条熔道，随着新的扫描进行，基板和样件的温度逐渐升高，这导致液固间的温度梯度降低，晶粒可以在较高的温度下生产，并导致体积增加。不同层间，下层晶粒向上层竞争生长，导致上层平均晶粒体积大于下层平均晶粒体积，即平均晶粒尺寸由下层向上层逐渐增大。   图6.由 TiB2纳米颗粒增强316L不锈钢的晶粒形态 除以上研究内容外，研究人员还结合温度梯度和冷却速率分析了对熔融过程中异质形核和晶粒长大的影响。同时，为了验证相场模拟的潜力，对SLM制造的纳米增强316 L不锈钢进行了晶粒细化重现。该研究对了解金属3D打印过程中微观结构演化的机制提供了一种有效途径，对通过调整工艺参数来定制微观结构以获得所需的性能具有指导意义。 注：研究论文已上传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.知识回顾：粉末床熔融过程中的冶金问题和质量控制 2.GE增材：具有增强后处理和质量控制的金属3D打印 3.杨永强教授演讲：金属增材制造技术的进展及展望 4.一种新型「氩/氦」保护气体，显著减少金属3D打印过程中的飞溅和缺陷风险

近年来，3D打印技术的发展形式越来越多样化，无论具体到哪种成型材料，都有很大的技术革新。在金属3D打印方面，多激光、少支撑或无支撑的PBF技术已经是现实，而以区域性的面熔化为代表的技术是如今最新的技术类型；在液态树脂工艺方面，Carbon连续液面制造技术的龙头地位可能面临一种称之为HARP的高速大面积打印技术挑战，后者在3D打印的尺寸、速度方面取得了更大的进展；而在高分子粉末烧结技术领域，无论是基于喷墨还是光纤激光的高速烧结工艺，都将面临来自基于投影曝光和阵列二极管激光烧结形式的挑战。 从材料到工艺，这些新技术的发展，无疑将3D打印的速度、尺寸和规模提升到了新的层面。本期，3D打印技术参考分别介绍当前基于面曝光/烧结以及熔融的工艺类型及其发展情况。 光敏树脂面曝光3D打印技术 基于投影的DLP 3D打印机最先实现了材料的面成型，从而大大提高了光敏树脂的3D打印速度。在此基础上发展而来的“连续液面制造”（CLIP）技术以及基于面阵曝光的LCD技术，则是光敏树脂面曝光的进一步发展，两者分别从速度和打印尺寸方面发展了该技术。 1. Clip连续液面制造技术 Clip技术由Carbon公司于2013年推出，与DLP打印过程中平台反复上升下降的过程不同，Carbon在打印工作台与光源之间设置了一层透明透气窗，投影仪光源在整形后获得平顶光束，由3D模型分层驱动自下而上透过透气窗投影到工作台下表面。在光源照射的同时透入氧气，同时工作台连续匀速向上抬升，氧阻聚效应使透气窗和固化区域之间形成一层几十微米厚的液态未固化层，使得固化区域与透气窗可以轻松无损伤分离，从而实现连续无间断的打印。这种方式的打印速度比传统DLP还要快10-100倍。 Clip连续曝光3D打印 目前，Carbon公司已经证实了该技术可以被用于制造业，同时已经改变了几个行业的制造方式。 2. LCD面阵曝光3D打印技术 LCD 3D打印工艺是一种基于面阵曝光的技术，相比SLA单点激光逐层打印而言，制造精度略逊一筹，但生产效率会高出10-20倍；就曝光技术来说，跟DLP非常类似，但其成型尺寸几乎没有任何限制。总之，该技术兼具高速、批量化和低成本，因此基于该技术的产品价格往往更加亲民。 LCD技术打印牙模 3. HARP“大面积快速打印”技术 2019年，一项名为“大面积快速打印”（HARP）的技术被开发成功。该技术使液体冷却剂在液态树脂下面循环。冷却剂是一种氟化油，实际上，它既可以在打印前加热打印床，也可以过滤去除散射紫外线提高打印的精细度，同时还能够在打印时吸走热量。这种技术的改进可以使高达两米的零件能够在短短几个小时内迅速打印完成，打印尺寸可以达到约1m×1m×4m。 “高面积快速打印”（HARP）的技术 为了使HARP技术商业化，研究人员已经成立了Azul 3D公司，并声称使用 HARP 系统的打印速度和打印规模都是罕见的，其中打印规模是行业领先者的20 倍，速度是 100 倍，吞吐量是2000 倍。 聚合物粉末床面烧结技术 1. EOS LaserProFusion 技术 2018年11月，EOS宣布推出LaserProFusion技术，它采用近百万个二极管激光器排成阵列激光，瞬间一次性烧结粉末材料，相比过去的单个CO2激光器，新技术的烧结速度快出10倍。EOS将其称为唯一能够取代注塑成型的“革命性的聚合物增材制造技术”，它将使工业3D打印在未来市场更具吸引力。 整个截面同时烧结 LaserProFusion总输出功率可达5千瓦，在进行单层扫描时，只激活与CAD数据相匹配的二极管，整个截面同步烧结，这比依赖单个激光光斑沿整个构建区域移动的方式自然要快很多。该技术是基于2017年EOS推出的P500平台进行改造的，新工艺使P500的工作能力提高了两倍以上。EOS介绍，LaserProFusion技术使聚合物连续制造提高到了新的生产力水平，在5000-10000件的制造量级中相比注塑成型更具成本效益，足以与传统注塑技术同台竞争。 从实质上讲，LaserProFusion仍是基于激光的烧结技术，区别在于多点同时烧结。然而，自该技术公布至今将近三年，一直未有研究进展公布。 2. 聚合物粉末床直接图像红外面烧结技术 2020年11月，有20多年投影仪制造经验的挪威公司Visitech宣布推出一款近红外 (NIR)产品，并将其用于高分子粉末床烧结。通过将近红外射线投射到聚合物粉末床上，可一次实现整层烧结。在这种情况下，DLP技术将不再单单指代光敏树脂面曝光，而是将其拓展到了高分子粉末成型。 聚合物粉末床面烧结原理 通过增加投影仪的数量，可以实现打印尺寸和规模的扩展 这种基于近红外光的面烧结3D打印技术被称之为直接图像红外烧结（DIS）。与传统的基于激光器以及EOS最新的LaserProFusion技术相比，DIS是一种完全不同的烧结技术，同时也区别于基于粘结剂喷射的高速烧结技术。 单激光、多激光、多点烧结及粘结剂喷射高速烧结过程对比 DIS能够像DLP技术一样，实现更高的打印速度，一次曝光能够实现一整层烧结。Visitech还开发了一种可扩展平台可实现多台曝光机构的集成，因此能够扩大打印尺寸，提升生产效率。根据7月最新的消息，Visitech公司基于面烧结技术已经成功实现尼龙粉末3D打印，并有望在尼龙粉末烧结领域开辟出一种高产量和低成本的新方法。 金属粉末基于多点同时熔化的区域打印技术 2013年，LLNL开展了一项战略计划，使用高功率激光二极管阵列、脉冲激光器以及专用激光调制器，实现金属粉末区域瞬间熔化成型，而不是像传统的基于激光的粉末床熔融技术那样依靠一个或几个激光那样逐点扫描。这项研究自2017年获得报道之后再未有进展公布。直到本月，一家被称为Seurat Technologies公司基于该技术实现了4100万美元的融资。 面区域打印技术原理 新的金属3D打印技术的领先之处在于其采用了光寻址光阀（OALV）技术——使用一种特殊的激光调制器精确调整辐射分布的激光能量。该技术并没有增加激光的数量，而是通过控制光束增加同时熔化的面积。Seurat能够将200 万个激光点区域性的输送到15mm的正方形区域，并精准控制每个点的功率和持续时间，实现该区域瞬间熔化成型。 面区域打印的金属样品 通过光束调整后，每个光点的直径只有10微米，远小于传统激光光斑直径的100微米，但多点同时熔化却极大提高了整体成型效率，同时具有更高的分辨率。通过采用混合激光光源以及选取适当地光学放大倍率，打印速度可提高200倍。Seurat还指出，该技术在进粉末熔化时并不会产生任何的飞溅和烟尘，残余应力更低，因此在精度和表面质量方面更加优异。 除金属粉末面熔化技术之外，近期还有一种基于立体光刻的金属3D打印技术诞生。其理由光聚合原理生产高精度零件生坯，原料为金属粉末和光敏聚合物的混合体。通过掩模曝光，可以精确快速地成型整个层面，聚合物粘结剂选择性的在局部交联，将金属粉末粘结在一起，打印完的生坯经历脱脂和烧结后可以形成致密化的零件。该技术相比粘结剂喷射金属3D打印技术具有更高的效率。 END 3D打印技术最新形式的发展壮大基本上都在美国发生，无支撑金属3D打印技术的代表Velo3D、区域面熔化的Seurat Technologies以及喷墨技术的独角兽企业Desktop Metal，莫不是在正式推出产品之前就成功进行多轮融资。实际上，连贾跃亭这样的在中国排的上号的老赖都可以在美国成功融资，被各国政府看重的3D打印技术自然不难。这种新技术的开发方式让多家公司迅速发展起来。 工信部装备工业发展中心李方正博士曾指出，我们一直在努力追赶国外的技术，但当我们接近追赶上或已经追赶上时，发现对方的玩法变了，这不得不让我们有更多的思考。另一方面，3D打印技术发展的速度之快，着实让人侧目。 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.基于立体光刻的超精密金属3D打印技术 2.粘结剂喷射3D打印：高DPI并不意味高精度，五个因素是关键 3.专题：金属3D打印企业（产品）差异化竞争的六个实例 4.GE增材：具有增强后处理和质量控制的金属3D打印

Roboze是杰出的面向最终用户的高性能聚合物3D打印机开发商，自多年前率先推出旨在替代金属的ARGO 500 3D打印解决方案之后，该公司在航空航天、汽车和工业制造领域取得重要突破。为迎合制造需求的发展，Roboze于近日推出成型尺寸达1 x 1 x 1 m的ARGO 1000，该设备因此成为目前世界上最大的带有高温腔室的高性能聚合物3D打印机。基于挤出的3D打印技术，仍然是当前最为成功的 PEEK 3D打印解决方案。基于ARGO 500的出色表现，Roboze已经成为一些细分市场的领导者，由其成型的碳纤维增强PEEK 空气动力学机翼便是典型应用之一。 1 立方米的 PEEK 3D打印成型腔室 ARGO 1000 可以生产高达 1 立方米的PEEK零件，从根本上改变了航空航天、能源、交通、医疗技术和汽车等行业制造更轻、更高质量组件的方式。Roboze 使用更具可持续性和高性能的先进聚合物和复合材料，如PEEK、碳纤维增强 PEEK 以及ULTEM AM9085F，这些材料在一定程度上可以迅速更换金属零件并替代极端应用任务下的关键组件。更为关键的是，这些材料目前几乎没有第二种3D打印解决方案，激光烧结也几乎不可行。 ARGO 1000 的成型尺寸达1 x 1 x 1 m Roboze决心以高性能聚合物替代金属生产 更大的打印尺寸源于制造需求的发展，该公司一直处于增材制造行业的创新前沿，是世界上最早在 3D 打印中引入 PEEK 的公司之一。此外，该公司的工业自动化系统和专有的基于齿轮（无皮带）传送的技术允许生产的零件比皮带驱动打印机制造的零件精度高六倍。 该公司首席执行官表示，他们所制造的零件性能已经远远超越了原型，并且已经在为微型卫星、军用级船舶以及国家可持续基础设施制造定制组件。 高温腔室是影响高性能聚合物3D打印最重要的因素 强大超级聚合物和复合材料零件可直接用于最终用途零件 以PEEK为代表的高性能聚合物对打印环境要求苛刻。据中国领先的高性能聚合物3D打印机制造商上海远铸智能指出，仅凭高温组件不足以支撑大尺寸打印，另一个关键挑战是大尺寸部件在打印过程中的变形翘曲开裂现象。增强的恒温腔室设计是满足打印件温度的均匀性的关键，从而能够很好的解决变形翘曲开裂问题。该公司推出的最大的高性能聚合物3D打印机为FUNMAT PRO 610 HT，具有610*508*508mm的成型尺寸，设备的高温恒温腔室实现了打印与后处理的一体化，打印件可以更好的成型，并具备较高的机械强度和较低的内应力。 碳纤维增强高性能聚合物是金属的理想替代品 在设计工业应用工具时，传统技术使用铝制或者替代性的金属合金材料，这是因为金属件的表现更加优异并符合该类工具的要求。在许多情况下，热塑性塑料可以达到该类工具的强度要求，但是无法满足执行测试任务时的刚性要求。 而这正是复合材料发挥作用的地方。向基础聚合物中添加增强材料可以极大地改变原材料的性能，从而使塑料件替代金属件成为现实。目前常用的FDM增强材料有碳纤维和玻璃纤维，可用来增强ABS、尼龙（PA）、聚丙烯（PP）、聚醚醚酮（PEEK）等材料。CARBON PEEK被认为是整个行业中性能最高的 3D 打印超级聚合物。除了PEEK众所周知的特性之外，它还增加了更高的热稳定性和刚度。添加碳纤维显著提高了所生产部件的机械性能，消除了与传统制造技术的差距。 Roboze碳纤维增强尼龙3D打印产品 INTAMSYS3D打印的尼龙碳纤装配夹具 碳纤维增强尼龙则结合了尼龙的轻质和碳纤维的机械强度和热性能，碳纤维复合尼龙材料的强度与刚度显著提高，其机械强度甚至超过了3D打印的PEEK和PEKK，在汽车工业中从车辆固定架和仪表等内外部组件到发动机壳体均可以替代金属部件。众所周知，汽车碳纤维由于其强大的热和机械性能，被广泛用于汽车制造，作为金属零件的替代品，碳纤维增强尼龙在汽车工业中具有广泛的应用前景，能够实现减轻重量与设计优化的可能性，同时具有环保和经济优势。 END 制造业在不断调整以满足新的需求。定制化、按需生产和小批量生产等需求都在不断催生有别于传统制造方法的替代性方案。增材制造技术可能永远无法完全取代数控机床加工或铸造，但高性能FDM打印机能够以高性价比的方式满足这些需求。高性能聚合物以及纤维增强复合材料是最强的FDM材料组合，它不仅可以用于航空航天和汽车制造行业， 其特殊的性能还可以满足其他行业的制造需求。 高性能聚合物以及纤维增强复合材料以其优异的力学性能已被广泛应用于各工业领域，但由于传统制造工艺的限制，复合材料依然无法应用于一些具有复杂构型的结构。3D打印技术的快速发展无疑为实现复杂几何形状的复合材料制造提供了契机，从而进一步拓展了复合材料的应用范围。 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.美空军研究室大力开发连续纤维复合材料3D打印，并用于无人机机翼成型 2.超越PEEK，3D打印的碳纤维增强尼龙有怎样的性能和应用潜力 3.中国产工业级高温3D打印机为何备受国际顶级科研机构青睐 4.国产专业级FDM设备成功打入日本精密零件加工企业

点击「增材制造技术前沿」快速关注3D打印综合、全面、专业的微信平台 据外媒最新消息，Desktop Metal于近日收购了多材料3D打印技术领袖Aerosint，后者开发了一种能够用于粉末的多材料沉积系统。双方虽同属铺粉技术领域，但工艺类型相差甚大。 DM所从事的的粘结剂喷射技术目前仅能够成型单一金属材料，打印后的生坯经脱脂烧结后形成致密化的零件。Aerosint着力于开发基于激光和粉末床的多材料3D打印工艺，该公司独有的粉末沉积系统能够通过旋转的转鼓，在构建区域内选择性地沉积不同类型的粉末材料，从而达到在特定位置打印特定材料的目的。这种铺送粉技术似乎可以搭配多种成型工艺，如激光烧结、粘结剂喷射以及激光熔融等，从而实现多种聚合物、陶瓷以及金属材料的混合成型。 Aerosint粉末沉积原理 Aerosint打印的双聚合物零件 然而如果将问题细究，基于粘结剂喷射的多金属材料如何实现脱脂和烧结？不同金属材料有着不同的熔点，打印后的生坯如何共同实现致密化是目前的困扰之一。 面临同样困扰的还有以色列Xjet公司，其最早提出了3D打印金瓷结合的概念，主张采用纳米颗粒喷墨技术实现金属和陶瓷的结合，但同样面临脱脂和烧结的问题。多年过去，Xjet公司并未公布关于该技术更多的信息。 烧结完成的金属-陶瓷一体结构 采用基于激光烧结/熔融技术则不然，它可以在每一层直接实现粉末材料的冶金结合。实际上，如今绝大多数成功实现多金属材料成型的工艺大都采用了激光熔融或激光沉积。此前，Aerosint公司已经成功实现了316L不锈钢和CuCrZr（铜铬锆）混合双金属打印。 Aerosint打印的双金属零件 Aerosint打印的双金属零件 当前，3D打印多金属材料在应用方面最知名的案例是多材料火箭发动机喷嘴的制造，这代表了多材料打印在优化散热方面的优势，该技术因此也可以用于随形冷却模具打印。其他的，外硬内柔的耐磨刀具、具有不同介电和导电特性的射频元件等也可以采用多材料3D打印技术制造。 多数成功实现多金属材料成型的工艺大都采用了激光熔融或激光沉积 多材料金属3D打印目前属于较为前沿的研究，像Aerosint这样采用转鼓沉积不同粉末的技术并不多见，但却最为实用。国内有些公司也在进行金属多材料3D打印研究，但采用的铺粉工艺完全是将两种粉末分开方式，仅能打印最为简单的零件。 DM完成对Aerosint收购后，将作为全资子公司运营。而DM将如何运用后者的技术，还要在未来两年后看到具体细节。