10月31日，长征五号B运载火箭托举中国空间站梦天实验舱精确进入预定轨道。在发射成功之际，3D打印技术参考注意到西工大发布了一则消息，并有如下描述：   3D打印技术参考查找了大量文献，发现林鑫教授课题组在2019年发表了多篇关于2219铝合金电弧增材制造的研究文章。虽不能确认该型铝合金就是西工大所描述的为梦天舱和长五B文所用，但笔者却发现该材料在航天领域有极重要的价值。 2219铝合金在航天领域的重要应用 高强度铝合金由于低密度、优异的机械性能、良好的成形性和断裂韧性，在航空和航天工业中具有广泛的应用和不可替代的地位。据估算，火箭用的铝合金约占金属结构总净质量的95%，而此前发射的问天实验舱中的金属材料，75%以上的材料质量为铝合金。 2219铝合金除具有铝合金的通用优点外，还具备比其他材料更优异的低温性能，它的各项性能均随温度的下降而同步上升，但同时它还具有优异的高温性能，能够在-250至300℃范围内工作。这些特殊的物理性能使其成为一种经久不衰的制造火箭与航天器部件的重要材料，被广泛用于制造低温罐、机身或航天飞行器外壳等飞行器结构，我国长征五号所使用的贮箱材料就是2219铝合金。此外，3D打印技术参考还查询到，2021年，航天科技集团一院211厂研制的国内首个2219铝合金3.35米直径共底贮箱成功下架。因此，该型铝合金是火箭液氢与液氧贮罐的重要制造材料。 2219铝合金电弧增材制造 鉴于航空航天工业的快速发展，对铝合金的制造提出了新的要求，如设计灵活性、复杂的几何形状、大型部件、高效率和低成本等。制造铝合金部件的传统工艺不能满足这些新需求，增材制造作为一种有前途的制造技术，由于其在自由形式设计、降低材料成本和高效率制造等方面的优势，在世界范围内受到了广泛关注。  电弧增材制造（WAAM）由于高沉积效率、高材料利用率和低设备成本的优点，在工业和学术界引起了极大的兴趣。目前，WAAM已成功用于制造Ti6Al4V、钢、In718等材料。特别的，WAAM工艺可以处理对激光高度反射的金属，如铝合金和铜合金。此外，电弧增材制造工艺能满足大尺寸铝合金部件的生产需求。如今，航空航天工业对应用WAAM技术制造高强度铝合金结构的要求越来越高。 使用电弧增材制造零件（来自voestalpine） 到目前为止，许多不同系列铝合金的电弧增材制造试验已经成功进行，例如Al-Cu（2xxx系列）、Al-Mg（5xxx系列）、Al-Si（4xxx系列）和Al-Zn（7xxx系列）。然而，由于湍流熔池和焊接缺陷，使用WAAM制造Al-Mg-Si(6xxx)和Al-Zn(7xxx)合金一直具有挑战性。对于实际工业应用，WAAM沉积的Al-Mg(5xxx)合金的强度相对较低，尽管采用了许多创新方法来改善WAAM获得的Al-Mg(5xxx)合金的性能，但这些合金由于强度低而难以满足航空航天工业的需求。 WAAM流程示意图以及测试样品的位置和尺寸（来自林鑫教授团队相关论文） 电弧增材制造的铝合金零件（来自10.1016/j.jmrt.2021.04.076） 林鑫教授团队当时的论文指出，关于WAAM加工铝合金的强化规律和显微组织演变的研究很少发表。为提高合金性能，应充分了解强化相的析出规律和组织演化特征。此外，宏观形貌、晶粒结构、显微组织不均匀性和孔隙率也是WAAM工艺凝固过程阶段需要优化的重要因素。其团队研究了电弧增材制造2219铝合金微观结构的形成和演变机制，这对实现更高和各向同性的机械性能至关重要。 2219铝合金是一种重要的时效硬化铝铜合金，但在此前，只有少数关于WAAM制造Al-Cu合金的研究。林鑫教授团队研究的2219铝合金主要成分包括Cu、Mn、Ti、Zr，向Al中加Cu的主要目的是提高强度，由于2219铝合金是一种典型的析出强化材料，低温强度的增加是靠热处理；而高温强度的增加则是通过Cu与Mn、Ti、Zr等形成的化合物，这些化合物都有细化晶粒、组织和改善合金性能的作用。 END 除采用电弧增材制造高强韧铝合金外，林鑫教授团队还对粉末床激光熔融制造高强韧铝合金发表过重要论文。通过Zr/Sc/Hf改性Al-Mn-Mg合金的试样经时效热处理后，合金的屈服强度提高到了487±2 MPa, 抗拉强度提高到了542±3 MPa，断后伸长为7.4±0.7%，综合力学性能优于大多数L-PBF加工的Al-Si(Mg)合金、2xxx、7xxx及Al-Mg-Sc-Zr系列铝合金和一些锻造2024铝合金，并可与高强度锻造7075铝合金相媲美。 低成本、高效率及自动化高强铝合金工艺技术的发展得到航空航天的重视，大型铝合金3D打印技术已经成为目前航空航天关注的重点。3D打印技术作为我国的一个前瞻战略性技术，对工程应用领域的发展有至关重要的作用。 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;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.西工大顶刊：增材制造高强韧铝合金！异质微观组织+多种强化机制！ 2.深度解读！航空航天高强铝合金材料应用现状及发展趋势 3.波音扩大电弧增材制造工艺测试，将3D打印大型铝合金构件 4.材料盘点：10款具有特殊性能的3D打印铝合金，6款来自国内

钨因其良好的热机械性能（如高熔点、高密度、高导热性和适度的热膨胀）而成为高温应用的首选材料。此外，其高密度和极低的溅射侵蚀率使其适用于辐射或其他极端环境，可用于制造波导、准直器、核反应堆等离子体面组件等，覆盖航天、航空、军事、医疗以及核工业等多领域。 钨金属的广泛优点也成为其难以加工的原因。纯钨的熔点高达3410摄氏度，尽管钨合金熔点有所降低，但均属于难熔金属，很难用常规方法制造。通常，钨及钨合金可经粉末冶金制坯、挤压、锻造、轧制、旋压和拉拔等加工成材，但加工成本高且耗时，所能制造的零件结构复杂度有限。3D打印行业对钨材料的关注可谓由来已久。 钨的应用（来自中钨在线） 近年来，3D打印技术为钨金属的制造提供了一种手段，采用SLM、BJ、FDM挤出以及DLP等基于直接熔化和基于烧结两种途径的不同3D打印工艺均探索了这种材料的制造可行性。硬质合金制造公司寄希望于这一新技术能为钨金属的制造开辟新的途径，主流的3D打印装备制造商也积极探索了钨金属的成形工艺并纷纷表示取得了突破。 基于熔化，直接激光3D打印 选择性激光熔化（SLM/L-PBF）是制造高精度和高质量功能部件的最成功的增材制造技术之一。多年以来，国内知名的金属3D打印制造商均表示已攻克了钨的激光3D打印并成功实现了应用，所给出的例证无一例外均是医疗使用的钨格栅，而且鲜有持续性的报道。 基于激光的技术最大的问题是温度梯度的存在，易导致残余应力并引起开裂。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员指出，在关于钨的3D打印研究中，均报道了大于98%的高密度，但微裂纹的形成却难以避免。3D打印技术参考对从事该材料研究的多家单位的研究人员进行了了解，钨格栅相对容易打印，虽然强度不高，但能满足医疗上对辐射屏蔽作用的要求，而钨的块体在打印过程中极易开裂。（参考：10.1016/j.actamat.2020.04.060） 采用激光3D打印的钨格栅（来自dunlee） 钨的激光打印虽然可以通过合金化和工艺优化来改善，但这两种方法的成功都有限。对于高比重钨合金，由于成分多样，性能差异大，熔点最高相差2400℃，各元素的饱和蒸气压不同。天津大学和中南大学的研究人员也指出，采用SLM难以保证钨合金中各成分的可控性，制造具有优异机械性能全密度钨合金同样困难。 无疑，采用激光制造钨格栅是直接激光熔化取得的显著突破与最成功的的应用，然而钨的应用却并不只是用来做格栅。 基于烧结，间接3D打印 基于烧结的间接3D打印为钨金属材料成形提供了另一种加工手段。主要工艺包括挤出、光固化以及粘结剂喷射。这些工艺均是先成形零件坯体，然后采用传统粉末冶金的工艺实现钨金属的烧结致密化。 以升华三维所开发的粉末挤出打印技术（Powder Extrusion printing，PEP）为例，该技术对原始粉末的球形度和流动性没有严格要求，通过将混合有金属粉末和聚合物粘结剂的颗粒料加热成熔融膏状流体，并将其逐层沉积来生产生坯，后经脱脂和烧结后可形成具有所需结构和高性能的合金零件。 升华三维UPS-556 3D打印机 & 钨合金颗粒料 升华三维自主研发了钨合金颗粒料UPGM-96WNIFE（96W-2.7Ni-1.3Fe，下称96W），并对3D打印和脱脂烧结工艺进行研究，掌握了影响钨合金致密化的关键工艺参数。因烧结温度低于直接3D打印完全熔化的温度，允许热量更均匀的施加，确保了产品性能的一致性，从而为获得致密和性能优异的结构件创造了条件。 以该公司开发的96W为例，零件的致密度超过99%，抗拉强度903Mpa，延伸率30.6%。通常，钨基合金的抗拉强度和伸长率随钨含量的增加而逐渐降低。根据相关研究，90W的最大伸长率为21%，95W-97W试样的拉伸强度和伸长率分别为700-850 MPa和1-15%。因此可以发现，采用间接3D打印技术制备的96W试样在保持高抗拉强度的同时，大大提高了其伸长率。（参考：10.1016/j.msea.2021.141417） 升华三维钨合金屏蔽结构件生坯升华三维钨合金屏蔽结构件烧结后的状态使用粉末熔融挤出间接3D打印技术在打印钨合金零件方面具有一定优势，使制造近净形状的结构零件成为可能。而且这种成形工艺简单，无需激光器件，设备、材料投入成本较低，适用于粉末冶金所用的粉末材料，具有低温成形、高温成性的特性。 升华三维最终产品的成型、成性在材料配方阶段就已决定，另外会对特殊结构件进行一定的技术干预和优化，防止在烧结过程中的变形和开裂。所开发的钨合金屏蔽罐经过多次测试分析，充分满足了对辐射源屏蔽效果的要求。同时，其均匀性、力学性能、热性能优异，在转运过程中的安全性也顺利通过测试。 END 需要指出的是，每种工艺都有各自的优势与不足。当前激光直接制造钨金属块体在开裂和成形方面有不足之处，挤出和烧结的方案则难以制造薄壁格栅结构。 虽不如直接激光3D打印应用普遍，但挤出烧结方案在高温合金、难熔金属等特种金属及特种合金零部件的3D打印制造方面更为灵活。升华三维有望为钨及钨合金的增材制造应用提供高效且高性价比的生产解决方案。 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.主流3D打印工艺制备SiC陶瓷的优缺点及国产方案带来的新突破 2.使用挤出间接3D打印技术制作金属和陶瓷晶格结构 3.3D打印+晶格结构，寻求更多“出圈”可能 4.升华三维间接3D打印技术——3D打印与粉末冶金的创新结合

不同于中国、美国等地在3D打印技术领域积极布局和发展，日本的3D打印市场一直没有多少可圈可点的地方，这种现象几乎涵盖了从桌面机到工业机的各种工艺类型，该国似乎并未有多少知名的3D打印机品牌。而中国的3D打印机品牌，正在从多个层级走向世界，当然也包括日本。 东京工业大学是日本顶尖的理工科大学，拥有140年的历史，是一所专攻工程技术与自然科学的研究型大学。截止到2021年，该校已诞生了两位诺贝尔奖得主，包括1位诺贝尔生理学或医学奖得主和1位诺贝尔化学奖得主。 该校十分注重产学研结合，并持有很多专利。提高机器人精密运动部件的灵活性、增强人机交互，是该校长谷川实验室的重要研究项目。在机器人的研发过程中，为保障运动结构件的精度，长谷川实验室引进了中国知名品牌Raise3D的高精度Pro33D打印机。 无法自主完成零件制造，精密机器人结构研发受阻 面对目前市场上的机器人运动部件精度不足，导致运动灵活性低的问题，长谷川实验室的Hasegawa Shoichi教授希望制造一个动作灵活的机器人，并降低制造成本，以期获得广泛应用。 长谷川实验室在毛绒娃娃的内部添加了一个机器人结构。虽然它外表看起来就是一个柔软的毛绒玩具，但内部机器人却有着复杂和精确的运动结构，如机械臂、轴承、电机支架。 机器人机械结构设计图 这些部件和结构由实验室成员独立设计和开发，在该过程中遇到很多挑战。首先，这些零件体积很小，结构特殊，需要使用高精密的制造工具，如CNC工艺。但由于零件所需的数量少，选择CNC将花费巨大成本。 其次，机器人的开发阶段需要多次对设计进行调试且具有保密性，因此，无论是从时间成本还是是保密性来说，将零件制造外包给第三方公司都不是一个理想的解决方案。 Pro3打印的机器人运动结构所使用的小零件 由于以上种种原因，长谷川实验室最终决定自主引进具有按需定制优势的高精度3D打印机，自主完成零件制造。 Raise3D Pro3——高精度智造高精确度小零件 在引进Pro3之前，长谷川实验室的工程师用之前购买的3D打印机打印ABS零件时，零件的表面分辨率和精度都不高。由于设备的温控不稳定，导致打印的零件尺寸不准确，造成机械结构不贴合，运动部件频繁发生故障，运动平稳性差。也正是对零件有高精度的需求，实验室最后选择了Raise3D Pro3打印机。 机器人的运动部件有极细微的孔结构和突起结构，但从实验室的打印结果可以看到，使用Pro3打印的部件拥有极优异的分辨率和干净光滑的表面。Hasegawa Shoichi教授表示，使用Raise3D Pro3打印的运动部件轴和外壳零件更为贴合。在安装外壳和马达底座后，机器人的安装强度变得一致。 Pro3打印的机械部件壳体 Pro3具有优异的可重复性和可靠性，可以保障打印机在运行过程中不会产生错位，从而提供了更高的表面平整度和光滑度。除此之外，打印机精确的温控和冷却系统能确保零件细节的完整性，成为了打印复杂和小型零件的理想选择。 Raise3D Pro3具有良好的稳定性，可保持24/7不间断打印，即使在紧急情况下，如停电、耗材耗尽，过热中断等也能在处理问题后很快恢复打印。而且该打印机操作简便，即使是没有3D打印机操作经验的工程师在接受简单的培训后也能很快上手，再配合Raise3D的生态系统——切片软件ideaMaker以及云管理系统RaiseCloud，可以实现打印机与软件之间的无缝衔接，轻松管理打印任务。 目前长谷川实验室有25名工程师。使用Raise3D Pro3打印机后，劳动力得到了很大的解放，工程师可以将更多的时间和精力投入到设计与研发中。 目前，长谷川实验室的工程师主要使用PLA制作机器人运动部件，在体会到Raise3D Pro3的高品质后，决定在未来尝试打印更多不同的材料如ABS，用以增加零件强度或改善其他性能。高精度的3D打印机在未来将能激发长谷川实验室更多的研发潜能，以帮助他们实现对人机交互未来发展的愿景。 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.Raise3D将携大尺寸、专业级、高速FFF新品RMF500亮相TCT 3D打印展 2.国产3D打印解决方案为SpaceX、特斯拉级别的企业制造工装夹具 3.从SpaceX到NASA，从赛峰到特斯拉，中国3D打印企业为何能走向世界？ 4.使用金属桌面3D打印机能做什么——以汽车客户为例

近日，3D打印技术参考注意到，中国科学院大连化学物理研究所采用3D打印技术开发了一种新型锂金属电池，显著提高了电池的寿命和能量密度。相关研究以于近日发表在《能源存储材料》上。 https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.10.036 锂金属电池正在彻底改变当前的锂离子电池技术。然而，由于锂离子通量不均匀和Li/电解质界面不稳定，锂枝晶生长、库仑效率低、质量载荷有限、动力学缓慢的阴极不匹配等瓶颈阻碍了它们的实际应用，导致循环性差和能量密度低。当前，实现长寿命和高能量密度的锂金属电池生产，仍面临挑战。 中科院大连所的研究团队，设计并全3D打印了完整的锂电池结构：包括Ti3C2Tx无树枝晶和稳定锂阳极，以及多维导电LiFePO晶格超厚阴极。 研究指出，采用晶格结构来构建寿命长、能量密度高的高质量负载锂金属电池。 研究发现：3D打印的Ti3C2Tx阳极结构，可有效引导金属锂的均匀成核和生长，抑制锂枝晶生长，减少了连续充放电过程中死锂的形成，实现了超过4800小时的超长循环寿命和高速率性能；3D打印的超厚阴极结构具有超高质量负载三维多级导电网络和丰富的孔结构，其丰富的微通道和介孔/大孔，可以容纳足够的电解质， 大大增强了离子与电极之间的接触面积， 并提供了相互连接的电子通道， 从而缩短了离子扩散途径和快速电荷传输动力学，从而有效地提高了锂金属电池的电化学性能。 3D打印LMB的制造过程示意图（来自中科院大连化物所） 两者结合构建的先进锂电池结构，稳定性显著增强，表现出25.3mAh/cm2的高面容量和81.6mWh/cm2的高面能量密度，远远超过当前最先进的3D打印电池。 3D打印技术参考梳理论文发现，3D打印的负极和正极，同时解决了锂电池所面临的两个重要问题：即负极不稳定和正极面容量较低的问题。该研究为研制长寿命、高比能锂金属电池提供了一条可行的途径。 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.蔚来汽车投资20亿“自造电池”，经营业务包含增材制造 2.比亚迪成立新电池公司，经营范围包含增材制造业务 3.拜登政府向3D打印和先进制造电动汽车电池项目授予28亿美元 4.中科院：3D打印超高面容量和倍率能力的柔性钠离子微电池

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100969 具有优异性能的人工设计结构陶瓷零部件在各类高端工程领域中拥有巨大需求。增材制造（即3D打印技术）已经发展成为复杂结构陶瓷制造的一种有效手段，具有广泛应用前景。而直接从原粉或配制浆料形式打印陶瓷存在材料种类有限、浆料透光性差且易沉淀等问题。聚合物陶瓷前驱体（PCP）则为难成形陶瓷结构的3D打印提供了另一条新兴途径。这些材料可以用于增材制造，并通过热解等工艺获得各类特种多元陶瓷结构，从而成为聚合物前驱体转化陶瓷（PDC）。将增材制造与聚合物前驱体转化陶瓷技术相结合的优势在于：可以从微观角度对陶瓷的性能进行设计，通过调节官能团的数量和种类实现对陶瓷功能的调控；制备温度较低，PCP在1000 ℃以内通过热解即可转化为陶瓷产物；裂解后的陶瓷组分均匀，耐高温、抗氧化性能较好；与传统陶瓷粉末配制的光敏浆料相比，PCP粘度较低且不存在固相沉淀和粉体对光的散射效应，方便打印成形；结构的设计和成形灵活性高，PCP可以增材制造成任意结构用于热解转化为PDC。针对该领域的蓬勃发展，近日，深圳大学增材制造研究所陈张伟教授团队在顶级期刊Progress in Materials Science（IF=48.2）发表题为：Additive Manufacturing of Polymer-derived Ceramics: Materials, Technologies, Properties and Potential Applications的长篇综述论文，全文共3.9万字，包含7大章、49小节和400篇参考文献。文章详细总结了合成各种PCP材料的方法与组分调配机理；适用的增材制造工艺类型与原理；并针对不同应用的PDC结构与性能的研究进展进行讨论。讨论了各类增材制造技术相关的优缺点；并对复杂组分和结构的PDC零部件特性和潜在应用进行分析。同时该综述为高精高速增材制造高性能先进PDC陶瓷复杂结构提供了理论参考与技术指导。深圳大学增材制造研究所陈张伟教授指导的博士后Chaudhary为本文第一作者，陈张伟教授为唯一通讯作者，深圳大学为唯一通讯单位。图1 适用于聚合物前驱体转化陶瓷的3D打印技术及零部件此外，陈张伟教授团队近期在陶瓷3D打印研究方向也取得多项重要研究进展和成果，并在增材制造顶级期刊Additive Manufacturing（IF=11.9）发表研究论文多篇。部分相关成果亦申请国家发明专利多项并获得授权。（1）聚合物前驱体转化陶瓷的光固化3D打印研究进展：由于聚合物陶瓷前驱体光固化3D打印件在陶瓷化过程中会脱去有机官能团，这些有机官能团热解形成的小分子气体会从结构中溢出，并且这种溢出通常是连续和无序的，易导致样品开裂、变形和坍塌等缺陷，难以获得比较好的尺寸精度和表面形貌，以及较大的样件尺寸。这也是目前前驱体转化陶瓷增材制造面临的一个重要挑战。针对此类问题，陈张伟教授团队从聚合物热解的特点出发，通过在光敏树脂配方中引入低熔点或其他有机添加剂，利用添加剂在热解过程中持续产生的小分子气体形成的物理微通道，为其他大分子热解形成的气体的溢出提供流畅的途径，进而减少甚至避免了开裂、变形和坍塌的发生，从而能够获得了具有较高精度、良好表面形貌、较小变形缺陷、和较大致密厚度与尺寸的前驱体转化陶瓷热解件。团队还首次提出了厚度/产瓷率(T/Y)指标，从而可以比较客观的量化最终热解样件的骨架或实体厚度并与已有文献结果进行横向对比。利用该方法，引入添加剂的样品可获得高精度表面相貌，且具有较大蜂窝骨架厚度和实体厚度的陶瓷件。该方法与其他控制开裂、变形的制备方法，如热压、热等静压和等离子烧结相比，具有工艺简单、操作方便、周期短和低成本的优势。上述研究以3D printing of crack-free dense polymer-derived ceramic monoliths and lattice skeletons with improved thickness and mechanical performance为题发表论文于增材制造顶级期刊Additive Manufacturing。陈张伟教授指导的学生熊书锋为论文第一作者，陈张伟教授为唯一通讯作者，深圳大学为唯一通讯单位。图2 聚合物陶瓷前驱体3D打印件陶瓷化过程的机理与效果（2）非氧化物陶瓷粉体浆料光固化3D打印研究进展：由于非氧化物陶瓷对紫外光吸收率较高，其所对应的陶瓷浆料在光固化3D打印成形时固化困难、成形效率低。因此该问题一直限制了非氧化陶瓷在光固化3D打印技术上的应用和发展。针对该问题，陈张伟教授团队通过预氧化方法将SiC陶瓷颗粒制备成SiC@SiO2核壳结构颗粒，使得SiC陶瓷浆料的紫外线穿透深度提高了3倍以上。为降低SiC陶瓷的烧结温度和收缩率，制备了固含量（SiC@SiO2陶瓷）为40 %、聚硅氧烷（SiOC陶瓷前驱体）含量为0~70 wt.%的光固化陶瓷-树脂浆料。通过DLP 3D打印技术和一步热解工艺成功制备了轻质高比强度SiC基点阵陶瓷。研究了从SiC@SiO2/PSO陶瓷-树脂坯体向SiC@SiO2/SiOC陶瓷转变的显微组织和物相演变规律。最终热解得到的SiC@SiO2/SiOC点阵陶瓷比强度为4.6×104N.m/kg，线收缩率小于8%，优于其他点阵结构和孔隙率相近的多孔陶瓷。所提出方法的复杂结构成形能力较高、制备周期较短。这种轻质SiC基陶瓷的成分、宏观形状和微观结构可根据要求设计和制造，具有极高的柔性和精确制造特性。该研究所提出的制造方法在高温结构吸能组件、多孔催化和液态金属过滤器方面具有广阔的应用潜力。同时本研究使用的前驱体也可以开发成其他陶瓷前驱体，如聚碳硅烷（SiC前驱体）、聚硅氮烷（Si3N4前驱体）等多元陶瓷前驱体，以满足不同领域的应用需求。上述研究分别以Complex SiC-based structures with high specific strength fabricated by vat photopolymerization and one-step pyrolysis和3D printing and in situ transformation of SiCnw/SiC structures为题发表2篇论文于增材制造顶级期刊Additive Manufacturing。陈张伟教授指导的博士后曹继伟为上述2篇论文第一作者，陈张伟教授为唯一通讯作者，深圳大学为唯一通讯单位。同时，基于以上成果申请并获授权发明专利1项（陈张伟 等：一种光固化陶瓷浆料和碳化硅陶瓷的制备方法，授权号：ZL202110176975.X）。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102430https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103053图3 基于光固化3D打印的SiC陶瓷制造方法（3）燃料电池氧化物陶瓷电极和电解质层的喷墨打印研究进展：固态氧化物燃料电池（SOFC）是一类新兴的绿色能源转换器件，有望用于各类商业和家庭供电。然而这种三明治结构单元的设计和制造严重依赖传统的流延成形等方法，存在厚度、形貌和性能等控制性难题。针对当前固态氧化物燃料电池电极和电解质薄层单元组件的控形控性难题，陈张伟教授团队提出采用喷墨打印增材制造工艺进行可调控的SOFC薄层组件设计和制造，通过研发具有优异喷墨打印性能的新型镧锶钴铁氧体（LSCF）阴极墨水，基于水基陶瓷墨水有机物质量分数控制，打印制造得到具有较低层厚、无裂纹的阴极层。并使用低厚度多次打印一次烧结成形的方法，成功制得高厚度、成形质量良好的LSCF阴极层。此外，成功研制了适用于喷墨打印的氧化钆掺杂氧化铈（GDC）阻隔层墨水。进一步通过制备半电池和全电池测试其电话线性能。结果表明，使用喷墨打印技术制备的SOFC展现出良好的电化学性能。该研究以提为Inkjet printing additively manufactured multilayer SOFCs using high quality ceramic inks for performance enhancement发表于增材制造顶级期刊Additive…

10月26日，3D打印技术参考注意到清华大学赵沧助理教授在国际物理学界权威期刊《现代物理评论》上发表关于金属激光增材制造激光熔化模式的综述论文（Laser melting modes in metal powder bed fusion additive manufacturing）。 DOI: 10.1103/RevModPhys.94.045002 金属粉末激光熔化是一个高度动态和复杂的物理过程，可能涉及到物质的所有四种基本状态：固体、液体、蒸汽和等离子体。它不仅包括熔化，还包括蒸发和反冲、马朗戈尼对流、蒸气冲击、多重反射和吸收、熔池振荡、匙孔前壁液态突出和匙孔不稳定性等。 整套现象对于实际应用来说太复杂。而在现实中，熔化模式被用作描述打印过程的指导方针。当局部材料温度超过沸点时，模式会从传导转变为匙孔。这些模式名称忽略了激光-物质相互作用的细节，但在许多情况下足以确定近似的微结构，从而确定构建的特性。到目前为止，由于熔池和蒸汽凹陷形态测量的局限性，尚未就一致、通用和连贯的定义达成一致。 金属粉末激光熔化物理过程 熔化和汽化以及匙孔前壁液态突出物和匙孔失稳，被认为是两个关键的耦合现象。这些物理现象驱动了熔池和匙孔的形貌演化，是激光熔融模式定义的基石。赵沧教授及其合作团队将激光熔化模式分为两类，第一类是基于静态金相剖析，第二类是基于原位、动态的过程可视化。 基于打印件的金相分析较为简单且在概念上合理，几十年来一直是业界的指导方针。当熔体较浅、呈半圆形且宽高比低时，认为熔体处于传导模式；当熔池较深、呈圆锥形且具有高纵横比时，熔化处于匙孔模式。在过渡模式下，截面介于两者之间，并可能结合两种形状。熔化模式与激光功率、扫描速度和光斑大小均有关系，熔化模式可因参数的改变而变化。作者团队指出，由于缺乏对熔池和气压动力学(如形态演变)的直接观察，基于事后分析的定义具有局限性。 基于打印件金相分析熔化模式 基于过程的可视化研究是通过熔池和蒸汽凹陷形态的时间分辨x射线成像实现的。相对来说，这种定义更严格，物理上更合理，为激光增材制造实践提供了新的指导，并创造了新的研究方向。研究重点强调了匙孔的重要性，匙孔显著增强了熔池对激光能量的吸收。最新的研究表明，稳定的匙孔激光熔化能够实现高效、可持续和稳定打印。这一场景的实现需要开发多物理模型、从形态学到其他可行信号的信号转换以及跨平台和尺度的过程计量。 基于过程的可视化研究熔化模式 总的来说，赵沧教授综述了激光熔化的一般物理过程。由极端热条件引起的许多物理机制的复杂相互作用决定了气压和熔池形态，并确定了熔化模式。随着温度的升高，熔化模式会发生改变。对熔化模式定义提出了新的指导方针和方向。 多信息转录与知识转移 在匙孔概念首次提出几十年后，高速x射线成像技术打开了通往激光熔化物理过程的大门。随着技术的进步，有可能在更高的空间、时间和能量分辨率上重新检查长期存在的问题，并继续更新或修改现有的理论和模型。希望通过本文的综述，不仅能加深对激光熔化模式的认识，也能对金属激光熔融增材制造的前沿研究和发展有所启发。 注：研究原文已上传QQ群。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.赵沧教授等对金属3D打印中的缺陷形成有了新认识，能充分控制熔池稳定性 2.清华大学于《科学》发表论文揭示金属3D打印中匙孔气泡缺陷的起源 3.金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 4.SLM过程中的缺陷类型、产生原因及其造成的不良影响

在上期内容中，3D打印技术参考介绍了过程中断对电弧增材制造材料组织和性能的影响，以及对再制造和修复带来的启发。相比于电弧增材制造工艺，激光粉末床熔融（L-PBF）则是应用最广的金属3D打印技术。针对钛合金、镍基合金和不锈钢材料，学术界已经详细研究了加工参数与微观结构和机械性能之间的相关性，确定了传统制造和增材制造零件之间的差异。 过程中断对于激光粉末床熔融工艺来说也有可能发生，如在制造过程中嵌入传感器、添加粉末材料或由于打印过程不稳定导致构建中断，也可能由于停电或气体保护问题引起。 过程中断对SLM制造316L不锈钢力学性能的影响 瑞士增材制造创新中心、苏黎世联邦理工学院机床与制造研究所的研究人员于2019年对工艺中断造成的L-PBF工艺制造316L不锈钢的研究发现：将断裂位置设计在拉伸样条的中间位置，在静态条件下，水平方向拉伸棒的屈服强度和极限拉伸强度下降了13%和11.5%，垂直方向拉伸棒的屈服强度和极限拉伸强度下降了18%和17.5%，断裂伸长率在垂直方向上不受影响，在水平方向上增加。然而，巴黎萨克立大学的研究人员在2022年的研究结果则不同，在将中断位置设置在中间平面下方6mm处，在空气环境中静置了三小时，静态力学条件下的测试显示，中断过程对垂直制造试样的抗拉强度、屈服强度以及延伸率几乎没有影响。同时，后者的研究指出，因在垂直构件中嵌入光学传感器而发生的过程中断并不会降低零件的力学性能。两项研究所使用的的设备分别为Concept Laser M2和TruPrint 1000 316L不锈钢 L-PBF制造过程中断机械性能测试数据（来自巴黎萨克立大学） 过程中断对SLM制造In625、In718和AlSi10Mg力学性能的影响 美国德克萨斯大学的研究人员则对工艺中断造成的L-PBF 工艺制造In625、In718和AlSi10Mg的影响进行了研究。在这项工作中，研究人员实施了三个一小时中断协议，以模拟L-PBF过程中可能发生的真实场景：1）计划的构建停止，模拟智能组件制造中引入传感器；2）需要补充粉末；3）意外停电。对比研究发现，这三种材料的断续制造试样与连续制造试样的微观结构不可区分，虽然In718的极限拉伸强度和伸长率略有降低，但对于AlSi10Mg和In625，这些性能基本保持不变。 AlSi10Mg、In625、In718 L-PBF制造过程中断对照测试数据 这项研究表明，受中断影响的试样的微观结构或机械性能没有显著变化。但研究人员同时指出，未来仍然需要考虑全面的统计研究，具有更广泛的测试矩阵，还需要研究来评估热后处理（包括热等静压、应力消除、退火和时效热循环）对中断生产的部件的机械性能可能产生的影响。 在另一项来自美国陆军研究实验室和德国埃尔丁联邦国防军材料、燃料和润滑剂研究所的研究指出，工艺中断使AlSi10Mg的L-PBF制造的显微硬度值和抗拉强度降低了10%。德国夫劳恩霍夫铸造、复合材料和加工技术研究所对同类研究引入了重熔深度的概念，指出熔池深度可能是造成力学性能差异的重要原因。同时，过程中断可能导致零件表面氧化，进而影响续接过程中的层间结合，这也会导致机械性能降低。 过程中断对SLM制造AlSi12力学性能的影响 德国卡塞尔大学的研究人员采用SLM Solutions的设备研究了过程中断对AlSi12组织性能的影响。考虑的工艺中断因素为，开启仓门进入空气静置一个小时后重新充入氩气。续接制造的第一层熔化三次，以促进与上一层的良好结合。相比之下，断裂表面在中断和非中断的构建条件之间有很大差异。由于连续两层熔化不足，中断的构建断裂表面显示出相对较多的缺乏熔合缺陷。研究发现，工艺中断区域显露出在表面直接可见的微观结构的明显变形；但拉伸性能几乎没有变化，断面与过程中断位置并不重合；续接试样与连续制造试样的低周疲劳和高周疲劳性能也仅有微小差异。 AlSi12制造过程中断对照测试数据 END 对于粉末床激光熔融技术来说，在长期持续的构建工作期间，可能会发生工艺不稳定或因为其他制造需要而造成打印过程中断。在很多重要应用场景，过程中断更是不允许发生，发生即报废。像316L不锈钢、AlSi10Mg、In625、In718甚至Ti6Al4V，这些在航空航天、国防、核能、石油和天然气以及汽车和医疗领域应用较多的材料，需要研究过程中断对它们的影响。不过目前看来，所得出的研究结果有很多差异。 参考： https://doi.org/10.1007/s00170-019-03560-1 https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.032 https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.04.013 https://doi.org/10.1108/RPJ-04-2018-0105 https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.035 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.过程中断对金属3D打印零件组织和性能的影响，及对再制造的启发 2.华曙高科集中发布多款多激光、大尺寸面向航空航天批产的3D打印新品 3.知识回顾：粉末床熔融过程中的冶金问题和质量控制 4.EOS与ORNL合作改进金属3D打印质量控制——50多个参数需要监控哪些？

点击上方「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 众所周知，增材制造行业无论国内还是国外都在不停进行着洗牌，一些新兴公司逐渐成为独角兽，一些企业如今却销声匿迹不见踪影。近日，增材制造技术前沿注意到，德国3D打印风险投资咨询公司AM Ventures发布了题为《Additive Manufacturing Startups: What are the Key Factors for Success?》的白皮书，揭示了增材制造行业创业成功的因素组成及未来愿景，分析了金融专家关注的创业难度、整体生存率以及如何获得独角兽地位。 白皮书指出，在不断发展的增材制造行业中，初创公司一直在为重大技术创新做出贡献。通过颠覆性的新工艺、新材料及设计方法，他们正在推动3D打印走向产业成熟。分析认为，团队的人力资本、专利保护和对B2B（企业对企业）市场定位显著增加了成功的可能性。此外，商业模式的选择也很重要，因为它是竞争优势的关键来源。 3D打印创业公司一直是行业发展背后的驱动力 当前，越来越多的公司正在采用3D打印技术制造最终用途产品，这意味着该技术正在走向工业成熟，在未来可以预期大规模生产的场景。AM Ventures从其不断更新的数据库中发现了一项显著变化，越来越多的企业正在基于3D打印技术应用而创业。 白皮书得出的一个重要发现是，基于应用的3D打印初创公司成功率最高。相比之下，材料创业公司的存活率最高，软件创业公司最有可能倒闭。从数据中可以观察到，2019年AM Ventures的初创公司总数（220家）中只有27%开展应用业务；到2021年，这一数字显著增长，有47%的初创公司（840 家）专注于增材制造应用。 每个技术领域的存活率和成功率AM Ventures指出，过去10年，3D打印在多个行业的应用数量增加，是由仅10年来新成立的初创企业的创新所驱动的。Desktop Metal、Velo3D、Xometry、Markforged、Nano Dimension、Fast Radius和Massivit 3D推出的新产品和服务改变了整个行业。这些参与者，即今天的上市公司，都是初创企业，通过采用行之有效的创业方法和冒险的心态而变得成熟。 基于应用的初创公司正在崛起 “老牌”企业如3D Systems、Stratasys或EOS着力于从底层开始设计公司，并意识到，传统制造结构的逐渐变化无法促使新技术获得成功应用。初创企业则一切围绕增材制造技术，通过更为激进的、全新的思维和方法颠覆了公司设计。 自1986年3D打印技术首次出现以来，许多初创公司进入了市场，并通过提出新概念、工艺和方法挑战了制造业的现有企业。工业3D打印的许多技术突破都是由初创公司实现的，而不是大型公司。这些年轻的创新公司一直是行业背后的推动力量。 衡量公司成功的两种方式 AM Ventures将3D打印初创公司的目前状态分为三个层级：失败、生存、成功。失败意味着破产，生存则意味着获得了天使轮或种子投资。一家初创公司至少获得了a轮风险投资，甚至成功上市或被其他公司收购，都会给被贴上“成功”的标签。 此外，AM Ventures还用公司规模来描述创业公司的成功。对于高科技初创公司来说，员工数量的增加是增长的直接指标，因为它代表着管理复杂性的增加。 创业成功的关键因素1——团队 对855名风险投资专家的调查显示，团队是初创公司成功的关键因素。考量团队因素的方法之一是评估创始人所拥有的人力资本，尤其是企业家在创建公司之前是否已经有过创业经验。 在3D打印领域创建一家初创公司是复杂和具有挑战性的。在最初开发阶段，企业需要大量资金。在这方面，连续创业者具有领导素质和行业经验，了解风险投资，心中有粗略的融资和规模路线图，知道如何与投资者联系，克服资金需求。 Desktop Metal创始团队 此外，有经验的创业者具有强大的社交和专业关系网络有助于与供应商合作，更易获得成功。第三，连续创业者具有与公司增长导向一致的明确愿景，拥有更好的管理和技术技能，从而更好的发现和利用新的商业机会。刚刚进入3D打印领域的创业公司需要了解自己的商业机会。在国内，有不少已获得多轮融资的新兴创业公司创始人均来自业内知名实力公司。 创业成功的关键因素2——商业模式 增材制造行业的客户在采用该技术时会面临各种挑战，购买设备通常需要较高的费用支出，整个制造链条也需要学习3D打印知识。为了充分利用该技术的优点，工程师需要从根本上重新思考如何为3D打印设计零件。此外，该技术的快速发展，导致了软件、硬件、工艺和材料发展方面不断变化的创新。用户在购买设备时不得不考虑的一个问题是，以当前较高的价格去购买供应商的初代或所谓较新设备是不是存在风险。事实用户确实会经历这一情况——设备很快因供应商的快速迭代而过时。 在这种背景下，近年来出现了新的服务形式来分散此类风险，即客户不必进行大额投资购入设备进行内部生产，而是委托给供应商按需定制。增材制造行业从资本支出转向运营支出大大缩短了上市时间和投资需求。 按需3D打印（来自pick3dprinter） 以B2B市场为目标增加了创业成功的可能性。分析认为这有三个原因：首先，3D打印技术在B2B市场中有着较长的传统；其次，B2B通常是一个更专注的客户市场，具有长期导向关系；第三，说服客户购买产品需要较少的营销和沟通。 创业型公司在寻找可行的商业模式时遇到了巨大的挑战。增材制造中的科技型风险投资公司具有高度的不确定性和模糊性。因此，在不太成熟、资本高度密集和高速发展的行业中，采用一种商业模式对成功至关重要。因此，不能静态来看待商业模式的选择，而是要有动态的机制。AM Ventures一直在观察一种新颖的创新商业模式能否随着时间的推移得到开发和应用，但他们发现没有一家与其合作过的公司凭借其原有的商业模式获得成功。 初创公司使用的各种价值捕获机制 商业模式选择与成功可能性之间存在积极而重要的关系。对于初创公司(现金流稳定)、客户(即使存在流动性限制也能获得新技术)和投资者(可预测收入的积极信号)来说，经常性收入是有吸引力的。但当客户扩大3D打印业务规模时，只有为数不多的初创公司推出了新的服务来满足这一需求。对3D打印初创公司营收机制的研究发现，有69%的收入来自一次性支付。 创业成功的关键因素3——专利保护 3D打印行业是一个研究密集型行业。专利保护被视为为研发创造一种创新激励，并帮助资产有限的新风险企业进入，以回收研究开发费用。 通过提供新材料、工艺或应用的独家商业化权利，专利可以为3D打印市场中的初创公司提供跳板，使其在相对于其竞争对手的商业地位上占据优势。AM Ventures在并购背景下看到了专利在增材制造生态系统中的价值。当通用电气收购Arcam和Concept Laser时，GE不仅获得了两种不同的3D打印技术，还获得了与这些技术相关的专利。收购后，GE至少拥有346项相关专利。最后，专利保护作为知识产权，可以向风投公司展示公司质量。 研究发现，专利保护对成功的可能性有积极影响。这一发现与之前的研究一致，即在复杂的产品行业，如生物技术、半导体或信息技术，专利与筹集资金的可能性和初创企业获得的投资数量呈正相关。专利是保护创业公司市场地位强有力的保护机制。 注：白皮书已上传QQ群。

从传统的减材制造到新兴的增材制造，不同的金属制造和加工方法对最终产品的材料结构和机械性能有重大影响。传统制造方法对金属机械性能的影响已经有广泛的认知，但增材制造工艺与产品特性之间的关系相当复杂，是研究领域的重要课题。 在众多研究之中，3D打印过程中断对金属增材制造零件组织性能的影响却是一个小众课题。增材制造工艺依赖于连续逐层打印材料，具有严格的熔化和凝固要求。当打印过程中断时，控制层内结合强度和缺陷产生的热动力学会受到干扰。预计增材制造工艺中断会影响层间结合，从而危及金属零件均匀微观结构和机械性能的发展。 即使不考虑工艺中断，金属增材制造在尺寸精度和材料性能方面也有明显的进步空间。在3D打印过程中，凝固动力学和层间结合决定了零件的晶粒结构和机械性能，它们由热梯度、冷却速率和热循环控制。虽然3D打印的熔凝过程难以控制，但这些因素可以通过连续和不间断的沉积和热控制来优化。 然而，在3D打印生产过程中，由于可能需要嵌入监测元件（如传感器、执行器和能量收集装置）、补充材料、变更生产计划等，可能会出现过程中断。此外，由于停电和机器故障，过程中断也可能会发生。当打印过程中断时，打印部件将逐渐冷却，由于热循环中断和不规则的热梯度，从而造成缺陷和非均质微观结构的出现。因此，损害了最终产品的机械性能。可能的缺陷包括缺乏熔融、锁孔塌陷、气孔、凝固开裂、固态开裂、层间/表面连接强度差、粘结剂脱脂不彻底等。 过程中断对3D打印零件整体性能带来的影响 对于大多数金属3D打印工艺，过程中断都会在连接处出现明显的颜色，这被称为“过程标记”。在所研究样品的中断区域中，由于热影响而导致的颜色变化和零件中的缺陷都存在。可见的缺陷可能沿着过程中断线持续存在，并且预计将对样品的机械性能产生负面影响。为了进一步检查样品和切片样品，进行了无损检测实验，进一步评估过程中断前后材料结构和机械性能的潜在变化。 约旦大学的研究人员对电弧丝材增材制造过程中的工艺中断进行了研究。他们以130×17×150mm的零件为研究对象，采用Ti-6Al-4V进行打印，在经历8小时、成型高度达到120mm后中断打印，停滞时间持续6小时后重新继续打印过程。在此期间，成型零件冷却到了室温。 研究人员打印的试样可切割出的分析样品 零件的热历史变化可能影响了晶粒结构的成型。正常和中断制造工艺区域中的微观结构之间的主要区别在于晶粒的大小。虽然在正常工艺条件下，样品的晶粒尺寸相当均匀，但来自过程中断区域的样品具有不均匀的晶粒尺寸。正常过程和中断过程区域中的织构和晶粒尺寸差异是显微镜评估的主要发现。此外，由于先前沉积层的条件以及新沉积工艺的相互作用，凝固条件（如熔池形状和生长速率）、热梯度和冷却速率均可能发生了变化，缺陷产生的机制也将受到影响。 过程中断线处的可见缺陷 共振超声光谱的测试表明零件的完整性发生了重要变化；奈米力学性能的测试发现在工艺中断区域中杨氏模量和硬度值发生了降低；X射线计算机断层扫描发现中断区域包含的缺陷数量更多，尺寸比其他区域更大；超声波信号中则显示出显著的信号衰减和反向散射。 过程中断区域的CT图像 对材料性能的测试得出结论，工艺中断对部件的主要材料和机械性能产生了重大影响。在中断区域或之后制造的样品的晶粒结构、质地和缺陷水平确实显示出与未发生任何过程中断或之前打印的样品不同。特别的，在中断区域，零件的强度和完整性较低；并且中断区域缺陷的大小和分布要高得多。 过程中断对3D打印再制造和修复的启发 由于裂纹和孔隙率等缺陷的大小和分布被证明会显著改变增材制造零部件的结构完整性和材料性能，因此中断区域可能是影响整个结构安全性的关键区域。当考虑经历某种工艺中断的时，这一点尤其重要，特别是再制造过程或使用增材制造进行维修。 由于这个原因，当这些部件作为航空航天、医疗和运输应用中的关键部件使用时，可能会对这些部件的质量保证过程进行更严格的质量测试和无损检测。过程中断区域中的严重性和缺陷分布可以通过一些制造前和制造后过程来降低。在中断后重新开始工艺之前，将零件预热到制造温度可以减少热冲击和应力的影响，并减少缺陷和裂纹的产生。在后处理方面，热处理工艺或热等静压（HIP）等几种补救措施可能有助于提高零件的完整性和性能。这些提出的考虑因素必须在未来的研究中进行研究，以确定最终组件的准确适用性和对质量的影响。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2022.06.008 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.国家增材中心《大讲堂》：金属增材修复再制造技术及其应用发展 2.波音扩大电弧增材制造工艺测试，将3D打印大型铝合金构件 3.视频：国家增材院10米超大型铝合金火箭连接环3D打印制造技术 4.西南交大实现铝合金3D打印多缺陷主导裂纹扩展行为的成像表征

9月28日，3D打印技术参考注意到，知名期刊Science Advances于当日发表了斯坦福大学的一项重要研究。研究人员提出了一种新的被称为iCLIP的新技术，在Carbon提出的CLIP技术的基础上，将树脂3D打印的速度又提高了10倍，并且能够打印多材料、高粘度树脂。研究人员演示了快速打印碳纳米管填充复合材料、长度范围跨越几个数量级的多材料特征组件以及具有可调模量和能量吸收的晶格结构。 CLIP技术于2015年发表于Science；iCLIP于2022年发表于Science Advances除材料喷射技术外，紫外光固化液态树脂3D打印被描述为已经历了三代产品发展：第一代是立体光刻技术（SLA），采用激光逐点扫描单一材料液态树脂；第二代被称为数字光投影技术（DLP、LCD等），使用投影实现图案的层曝光成形；第三代为连续液面制造技术（CLIP等），通过不同的窗口配置实现高达3000毫米/小时连续不间断制造，比传统光固化技术高25-100倍。 Carbon革命性的连续液面制造技术（CLIP）于2015年推出，依赖所谓dead zone的氧阻聚效应，该技术不会导致成形层与树脂槽的黏连，因而可以连续无间断打印。 CLIP技术能够生产各向同性部件，在汽车、消费品等领域的应用已经证明其适合大批量和高分辨率制造。然而，CLIP技术的成形速度仍然明显慢于注塑成型，即便只能打印低粘度树脂，但当树脂流过成型区时也会有严重的传质限制，粘附力需要延迟时间来平衡压力。这些力也限制了打印尺寸，从润滑理论分析，打印零件的半径越大，粘附力越大。 CLIP树脂槽和成型件之间的区域特写，被称为dead zone，树脂从箭头方向流向该区域（图片来源：Christian Cavallo Consulting, LLC） Dead zone是限制CLIP技术打印速度的关键。随着固体部分的上升，液体树脂填充其间，实现平滑、连续打印。但如果部件上升太快或树脂特别粘稠，树脂可能填充不及时进而影响打印效果。 斯坦福大学的研究人员在连续液面制造技术的基础上，采用注射（Injection）的方式进行材料供给，加上连续液面制造的实质，研究人员将该技术称之为iCLIP。 使用树脂注射填充的iCLIP的新方法，研究人员在上升平台的顶部安装了注射泵，能够在关键点添加树脂。斯坦福大学机械工程博士生、主要作者Gabriel Lipkowitz表示，CLIP技术中的树脂流动是一个非常被动的过程，机器只是将部件拉起，并希望吸力将材料带到需要的区域。而通过这项新技术，可以更主动的将树脂注入打印机需要的区域。 CLIP与iCLIP的技术差异：（前者的材料在下方，后者通过上方注入） iCLIP材料注射过程 文章显示，研究人员首先通过CAD软件在零件上设计了微流控管道，通过这些管道将将树脂注入相应区域。来自注射的正压力能够显著降低粘附力，并能够消除基于CLIP的常见缺陷。同时，树脂注入管道能够显著降低吸力，从而极大提高iCLIP的打印速度。测量发现，通过一条中央管道注入树脂，可以观察到最大可实现打印速率比CLIP增加了5到10倍。 与传统的CLIP相比，将管道集成到零件中会影响iCLIP的分辨率，但通过仔细的设计策略，可以将影响降至最低。在必须包含管道的零件区域中，特征分辨率确实会下降到最小可实现的通道直径，之后才会出现诸如毛细管塌陷或通道固化等问题。实际上，这些微通道并不需要设计到零件的所有区域，其他零件区域仍然保持了CLIP技术的高分辨率。因此，新的技术实现了更高的打印速度和特征分辨率之间的折衷。 iCLIP 3D打印机装置图 除了速度上的优势，iCLIP还有两个重要特点：提高了可打印树脂的粘度上限，还可以支持多种树脂同时打印。研究发现，在相同打印速度和零件面积下，iCLIP能够打印比CLIP高出一个数量级粘度的树脂。因此，iCLIP在高通量和高粘度3D打印之间也取得了重要进展。 同时打印多种材料对于除材料喷射外的立体光刻3D打印技术来说从未商业化使用，然而高度个性化的人体防护、可穿戴电子设备和功能分级材料对此有潜在应用。通过单独注入树脂，iCLIP提供了在打印过程中使用多种树脂进行打印的机会。研究人员用多达三种不同的注射器对打印机进行了测试，每个注射器都装有染成不同颜色的树脂，成功用各国国旗的颜色打印了几个国家的著名建筑模型，包括乌克兰国旗、蓝黄相间的圣索菲亚大教堂以及美国红白蓝相间的独立厅。 iCLIP 3D打印的多材料试验品在材料性能方面，通过适当的后处理，所设计的微通道对最终零件的机械性能不会产生不利影响。在这项研究中，中央管道内的树脂在打印后会通过UV光固化来密封。实际测试的效果显示，CLIP和iCLIP打印的拉伸样条没有表现出机械性能的差异。 能够打印具有多材料或机械特性的部件是3D打印技术的重要进步，除上述提到的潜在用途外，其应用还涉及光学和传感等领域。在成功证明iCLIP具有使用多种树脂打印的潜力后，研究人员正在开发软件，以优化每个打印件的流体分配设计。他们希望确保设计师能够很好地控制树脂类型之间的界限，并有可能进一步加快打印过程。 论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq3917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.成立三年，国产高性能DLP 3D打印机畅销10余国家和地区 2.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 3.化工巨头杜邦获得「大面积、超快速、连续光固化」3D打印系统 4.一种新型光固化3D打印工艺装备，能够处理50倍于标准的高粘度树脂