近日，西安交通大学卢秉恒院士、方学伟副教授团队基于定向能量沉积增材制造技术，发明了一种新的金属连续纤维增强复合材料的增材制造技术，首次实现了钛纤维增强铝（TFRA）构件的制造，综合力学性能得到大幅度提升。基于CMT增材技术，通过控制热量输入，可以保持钛纤维丝材不被熔化，实现了连续钛纤维丝材增强铝基复合材料的原位制造。相关研究成果于近期发表，作者团队来自西安交通大学、火箭军工程大学智剑实验室、苏州科技大学和温州大学。 https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103445研究发现该技术制备的钛纤维丝材和铝合金基体之间的界面厚度约为3-10μm，无明显裂纹倾向。与无纤维增强的铝合金构件相比，加入体积分数为10.5%的钛纤维后，钛纤维增强铝构件的屈服强度和抗拉强度分别提高了124%和33%。同时，钛纤维增强铝部件冲击性能得到提高，主要是由于铝基体冲击过程中的裂纹扩展被钛纤维丝材所阻断，因此其冲击功从原来的7.9J增加到18.0J，增加了128%。这项技术为制造连续纤维的高强度金属基复合材料提供了新的技术途经，同时为直接能量沉积增材制造技术的工程化应提供了新的发展方向。 1. 背景介绍 由于铝合金具有重量轻、易于成型和加工的优点，因此被广泛用于航空、船舶和机械制造等领域。提高铝合金材料综合力学性能是材料开发的主题之一，很多学者开展了相关研究，例如在铝合金材料中加入合金微量元素Zr和Er，能显著增加抗拉强度。然而，稀土元素Sc的高成本每0.1%的Sc含量大约增加3美元/公斤的成本，此外还需要热处理进行性能调控，该方法尚未广泛应用。通过在铝基合金中加入纤维或颗粒形成金属基复合材料，也是改善材料力学性能的重要方法。连续纤维增强铝基体可以显著提高材料沿纤维方向的强度，然而其主要制造方式是通过挤压铸造技术，仅能制备简单形状的零件。此外，通过引入强化剂如SiC、TiC、陶瓷颗粒、CNT和碳化物颗粒也是一种有效的方法。然而，研究结果表明，铝合金的硬度和强度可以明显提高，但会导致其塑性和韧性的降低。因此，有必要找到新的方法来同时提高强度和韧性。 增材制造技术具有高度的灵活性，可以为改善材料性能提供新的技术途经。其中，基于冷金属过渡（CMT）技术由于其高沉积率、低热量输入和有限的飞溅而吸引了广大研究学者的兴趣。然而，该技术在制造铝合金构件方面存在强度不足、气孔缺陷等问题。目前通过使用工艺优化和辅助工艺（层间变形）等方法，制备的材料机械强度基本可以满足板材的标准要求，但很难获得更优越的性能。本工作中，通过基于CMT电弧熔丝制造了钛纤维增强铝合金（TFRA）部件，该部件与未增强的沉积体相比，拉伸和冲击性能得到了大幅度提升。团队结合金相显微镜和扫描电子显微镜对铝基体和钛纤维增强体的微观结构以及结合界面进行了观测，深入研究了TFRA部件的强化和增韧机制。 2. 实验内容 如图1所示。西安交通大学方学伟团队在传统的CMT焊枪的末端位置安装了一个送丝辅助装置，该装置跟随焊枪同步移动，能够对Ti64焊丝起到导向定位作用，其中钛纤维丝材跟随机械臂运动，并无增加额外送丝装置。成形工艺采用福尼斯铝合金CMT模式，送丝速度为4.5 m/min，运动速度为1.8m/min。需要注意的是，过高的电弧热输入量会导致钛合金丝材发生熔化，因此需要严格控制电弧的电流和电压（75-80A和10-13V）。由于铝合金熔池的温度相对较低，而且先前凝固的铝合金层的导热系数高，熔池凝固快，因此TFRA构件中的钛合金丝材可以避免熔化。将TFRA和参考部件制备了金相、拉伸和冲击测试样品，取样图如图2所示。 图1 (a)纤维增强增材制造工艺原理图；(b)纤维增强增材制造装置实物图；(c)摆动打印路径示意图；(d)TFRA构件中Al5183和Ti64纤维的X射线测试结果图2 TFRA取样的示意图。(a) TFRA沉积体；(b) 冲击试样；(c) 金相试样；(d) 拉伸试样；(e) 密度测试试样 3. 组织表征 如图3（a）和（b）所示，由于电弧热源的不同分布，不同区域的Ti64丝材的微观组织发生了变化。SEM和EDS（见图4）结果显示在钛丝的上部、右侧和下部，界面宽度约为2-5μm，在这三个区域的中间位置都可以看到过渡变化趋势，表明在狭窄的界面层之间存在着原子迁移和扩散。 图3 (a)宏观形貌；(b)纤维增强钛合金丝材和铝合金基材的包围形貌；(c)电弧作用示意图 图4 丝材上、中、下位置的界面的SEM和EDS图。(a)、(d)和(g)分别是金属丝材料和铝合金基材的上、右、下侧界面，无裂纹或未熔合等缺陷。图5(b)、(e)和(h)分别是上、中、下区域的部分放大图；图5(c)、(f)和(i)是各区域元素组成的线扫描图铝合金沉积体的织构在加丝和未加丝前后无明显变化。由于钛合金丝材导热系数低，铝合金平均晶粒尺寸在区域I和区域II分别为21±6μm和23±6μm，这高于铝合金基体的平均晶粒尺寸（14±4μm）。Ti64丝材受电弧热输入影响后由<10-10>丝织构变为了<0001>取向。造成这种状况的主要原因是在CMT制造过程中，由于电弧热输入，钛合金丝材在相变温度以上（约1000℃）经历了较短的热处理过程，发生了相变，组织由等轴组织转变为了片层组织。 图5 EBSD分析结果. a）原始Ti64丝材；（b）Al5183铝合金沉积体；（c）TFRA沉积体的上部（区域I+部分区域II）；（d）TFRA沉积体的下部（区域II）；（e）TFRA沉积体的上部区域I的部分界面区域；（f）TFRA的下部区域II的部分界面区域 图6 铝合金在上部和下部的极图 . (a) 铝合金的上部，(b) 铝合金的下部。图7 Ti64合金的极图。(a) 原始丝材；(b) 钛合金线中的区域I；(c) 钛合金线中的区域II 4. 力学性能 4.1 拉伸性能 与未增强的铝构件相比，通过添加10.5%体积分数的钛纤维丝材，TFRA构件的屈服强度、拉伸强度和比强度分别提高了124%、33%和25%。同时，伸长率保持在20%的数值，这与铝合金构件板的伸长率相当，表明该方法制备的复合材料具有良好的塑性。通过复合材料混合法则和有限元分析的验证，材料性能的提高主要是由于钛纤维丝材的引入。 图8 （a）Ti64、Al5183沉积体和TFRA的拉伸（应力-应变）曲线；（b）5系列铝合金电弧增材制造拉伸性能在拉伸试验过程中，试样呈现了双屈服过程。在OA阶段，当应变值小于或等于0.15%（图9），钛合金和铝合金都处于双弹性阶段，呈现出线性增长。而在AB阶段，随着应变值的增加，铝合金逐渐开始屈服。这时，钛合金仍处于弹性阶段。当超过B点时，钛纤维丝材和铝合金均发生屈服，随着应变的增加，其转变规律与铝合金的沉积状态相同。 图9 TFRA拉伸测试中工程应力-应变曲线 4.2 冲击性能 示波冲击测试结果显示，Al5183沉积体的载荷-距离关系在冲击载荷达到峰值之前是近似线性的，而TFRA构件在冲击载荷达到峰值之前出现了载荷变化。在冲击试验载荷-距离曲线中，存在三个偏移点，即w1、w2和w3。与非增强型构件相比，TFRA构件的冲击能量得到了极大的提高（128%）。这是因为铝基体的裂纹扩展被钛纤维所阻挡，在冲击过程中吸收了大量的冲击能量。 图10 (a) Al5183 沉积体和 TFRA 的示波冲击结果图；(b) TFRA 在冲击过程中丝材作用的示意图 5. 断口形貌 在丝材表面部分区域发现了约为5-10μm的脆性过渡层。靠近Ti64丝材内部位置，断裂模式迅速从脆性断裂变为韧性断裂。纤维在受到较大的拉伸应力后发生断裂，断裂处出现了明显的缩颈过程，并呈现出大量韧窝，表明钛纤维丝材在拉伸试验中保持了较好的塑性。 图11 (a) TFRA拉伸样品的断裂形貌；(b) 铝合金基体的断裂形貌；(c) 钛合金丝的边缘过渡区；(d) 钛合金丝纤维区-放射区的形貌；(e) 钛合金丝的纤维区形貌；(f) 钛合金丝放射区的形貌 图12为典型示波冲击测试试样的断口形貌，w1和w2丝在靠近缺口的位置断裂，而w3位于离冲击缺口较远的位置，w3丝材只是弯曲而未发生断裂。冲击实验后的样品没有完全分离，这与图10中显示的结果一致。由于钛纤维丝材的存在，TFRA表现出良好的韧性。纤维在受到较大的拉伸应力后发生断裂，断裂处出现了明显的缩颈过程，说明钛纤维丝材表现出良好的塑性。丝材断裂截面上的元素主要是钛。在钛丝的侧表面，有大量的Al均匀地附着在上面，表明在界面上有相当多的Al扩散。然而，从铝基体的组成来看，断口上几乎没有Ti的存在，说明过渡层与钛丝有更好的结合。 图12 TFRA样品的冲击试验结果形貌。(a)冲击样品的断口形貌；(b)断线的断口形貌；(c)相应的成分扫描分布；(d)Ti元素分布；(e)Al元素分布；(f)V元素分布；(g)Mg元素分布 总结 在这项工作中，基于CMT电弧增材制造技术，首次创新的提出了一种连续纤维增强金属基复合材料的方法，并制备出了钛纤维增强铝合金（TFRA）构件，其强度和冲击韧性得到了大幅提高。研究发现通过控制电弧热输入量和采用摆动方式能够减少熔池温度从而避免钛合金丝材的熔化，钛合金线和铝合金基体之间的界面厚度约为3-10微米，化学成分呈梯度过渡，没有明显的开裂倾向。与非增强铝合金构件相比，通过添加10.5%体积分数的钛纤维，钛纤维增强铝部件的屈服强度、拉伸强度和比强度分别提高了124%、33%和25%。同时，伸长率保持在20%，与铝合金构件板的伸长率相一致。此外，冲击功得到了极大的提高（128%）。这是因为铝基体的裂纹扩展能被钛丝材有效阻挡，因此在冲击过程中吸收了大量的冲击能量。该技术目前为首次通过增材制造的方式实现了连续金属纤维增强双金属复合材料，能够为未来复合材料的制造提供新的技术思路。 本研究工作得到国家自然科学基金[52205414, 52275374]的资金支持。研究工作同时也得到了中国科协青年人才托举工程项目的资助…

近日，3D打印技术参考注意到，美国空军研究实验室（AFRL）公布了一项关于3D打印用钛合金回收和低成本生产新粉末项目的合同，美国国防部 (DoD) 技术加速器的国家安全创新网络部门（NSIN）将提供高达50万美元的研发资金，矿业公司IperionX获得合作机会。 具体来说，该项目要求企业提交3D打印用Ti-6Al-4V粉末的回收方法提案，该方案需要具有低成本制造新粉末的特点。Ti-6Al-4V是金属3D打印使用最广泛的材料之一，尤其广泛用于航空航天领域。 钛废料 IperionX公司首席执行官评论说：“赢得这一挑战是美国空军对本公司专利钛技术的杰出认可。我们的领先技术能够以比现有工艺更低的成本有效回收钛废金属和其他金属粉末，我们期待与NSIN、AFRL和其他DoD机构密切合作，以鉴定并快速部署循环钛金属在关键防御领域的使用。” AFRL的材料工程师Calvin Mikler博士补充道，“IperionX真正理解了该项目的目的，并提出了一种独特的策略，将用过的钛粉和废料脱氧并再制造为适合3D打印的粉末，并用于制造航空级质量的零件。” IperionX制造的低成本钛粉 3D打印技术参考查询了该技术的钛合金低成本制造技术，这是一种氢辅助金属热还原工艺，它采用钛矿或废钛合金原料，以极低的能源强度生产钛粉，从而有可能在可持续的闭环中实现低成本、低碳排放的生产。该过程使用氢使Ti-O 不稳定，利用用Mg还原TiO2实现还原脱氧，形成满足工业需要的低氧含量的TiH2，然后通过行业标准方法将TiH2进一步加工成钛金属。 IperionX低成本钛粉3D打印的零件 去年，IperionX与美国能源部 (DOE) 和橡树岭国家实验室(ORNL) 合作，验证了该公司的Ti-6Al-4V 粉末在增材制造中的使用。IperionX 获得DoD和DOE 的批准预示着该公司在政府采购市场的未来，它还有可能成为其他关键经济领域不可或缺的一部分。 国内3D打印钛粉低成本制造技术 此前，3D打印技术参考曾经介绍过北京科技大学和南方科技大学在3D打印钛粉的低成本制造技术。 北京科技大学曲选辉教授团队陈刚副教授等研究人员，基于气-固两相流理论，创立了流化制备3D打印用低成本金属粉末的新方法：以传统工艺制备的低成本不规则形貌粉末（如氢化脱氢钛粉、还原钨粉等）为原料，在适当温度下，不规则形貌的粉末颗粒（固体）在流动气体（流体）作用下互相碰撞，呈现出流态化现象，颗粒间的冶金结合和塑性变形显著改善不规则粉末的形貌、球形度和流动性，并可以实现粉末流动性和杂质可控。 该工艺具有流程短、收得率高、能耗低、易于规模化等特点。流化粉末性能与球形粉末相当，成本较雾化球形粉降低60%以上，所制3D打印制品性能优异。采用SLM技术打印的纯钛流化粉成形件的氧含量为0.17±0.01wt.%，室温抗拉强度602±4.6MPa，断裂延伸率20.1±1.2%，这些数据和EOS给出的官方性能相当。 采用流化金属粉末制备的SLM成形件 基于该工艺制备的粉末能否用于SLM技术，最受质疑的是关于粉末的流动性问题。对此，北科大的研究人员发表了相关论文。研究指出，处理后的粉末相比原料粉具有更好的平滑度；除了形状的改变，5μm以下的细粉也显著减少，平均粒径从原料粉的28.6 μm增大到550℃处理后的33.9μm,这也意味着，流化处理对最终粒径范围和平均粒径的影响较小。在粉末的流动性方面，450℃处理后粉末的流动性为35.2±0.3s/50g, 它与已商用化的类似粒度范围的高球形度TC4具有相当的流动性，因此并不必过多担心铺粉的问题。 粉末原材料初始态和与处理后流化态的效果 粉末原料与处理后的形貌对比 该团队以低成本氢化脱氢粉末为原料，通过流化技术已经研制出了Ti、Ti-6Al-4V、TiTa、Nb521、NbTi等3D打印高熔点微细粒径金属粉末，供应给中国航发北京航空材料研究院、钢铁研究总院、北京隆源、上海第九人民医院等单位，应用于航天/航空发动机关键部件与医用植入体的3D打印成形，用户评价良好。该创新工艺荣获了第四届冶金青年创新创意大赛二等奖，第六届中国国际“互联网+大学生创新创业大赛”北京赛区二等奖。 南方科技大学严明教授课题组类似的钛粉成型方式。其采用的原始材料同样是氢化脱氢工艺制备的不规则、流动性极差的钛粉，与北科大不同之处在于，其采用的是机械球磨方式。球磨可以改变粉末的形状，机械合金化对材料性能具有潜在的影响机制。采用的氢化脱氢钛粉平均粒径为35μm，按照10:1的球料比进行球磨，并通以氩气防止钛粉发生氧化。在球磨过程中还需加入少量硬脂酸（至关重要），它对粉末颗粒的粉碎具有助磨效应，可以减小粉末颗粒对球磨体的粘附程度。硬脂酸的熔沸点较低，在钛粉打印过程中可以挥发去除。球磨过后，粉体呈近球形，均一度较好，流动性得到较大改善。 南科大团队处理前后粉末形貌对比，球形度显著改善 机械合金化也发生在球磨过程中，由于磨球碰撞，氢化脱氢钛粉表皮脱落会引入磨球元素，进而实现对氢化脱氢钛粉的成分改性。在优选的实施方式中，还可以在球磨处理过程中，掺入第二相粉体，以优化氢化脱氢钛粉的改性过程，使得到的近球形钛粉性能更加优良。 通过整形改性后的氢化脱氢钛粉在流动性和粒径方面是可接受的，已经具备了可打印性。采用整形改性后的氢化脱氢钛粉和优化的打印工艺，最终SLM成型件的性能远超EOS官方数据，其中抗拉强度达到900Mpa，延伸率20％，硬度也高于APC球形钛粉的打印件硬度。 END 从长远来看，增材制造比传统制造更适合处理回收材料，这仅仅是因为开始时浪费的材料数量要少得多。国际能源署 (IEA) 估计，为了实现2050年的目标，到2030年必须在清洁能源上花费4.5万亿美元。这些资金中的很大一部分很可能会用于建立先进制造和回收之间的联系。 如果不大幅度、迅速的扩大回收能力，要实现扩大3D打印的生产规模并降低碳排放的目标似乎是不可能的。废粉回收和再制造正是3D打印有可能在未来几年内获得更大规模投资的应用类型。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请获得授权。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.无支撑金属3D打印：VELO3D成功探索全球范围可重复、无差别制造 2.破除忧虑——采用金属回收废料制造的3D打印粉末能否符合规格 3.专题：粉末可回收性因素对金属增材制造的影响及提高粉末重复使用性的方法 4.增材制造用钛合金的种类、应用、粉末制备技术，及市场用量情况

在《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》一文中，3D打印技术参考介绍了新工艺气体对Ti64晶格结构在激光粉末床熔融(L-PBF)过程中的飞溅形成、工艺稳定性及3D打印零件性能产生的影响。 将保护气体引入金属3D打印制造工艺优化研究，由全球最大的工业气体生产商林德集团所领导，并逐渐形成了一定的影响力。近日，3D打印技术参考注意到该公司已经推出了多项用于3D打印领域的气体技术——分别为优化粉末床激光熔融（LPBF）打印工艺、提升粘结剂喷射（BJ）和挤出工艺后烧结质量而开发的定制气体混合物，用于金属粉末生产的气体雾化解决方案以及直接可用的镍钛合金打印策略。 优化保护气体组成，提升打印质量 成分缺陷是金属增材制造过程中的重要缺陷种类，其来源于氧化、合金元素流失和微观偏析的影响。其中，氧化主要受到粉末中含氧量及熔池演变过程中氧气参与所影响。氧化现象会促进金属凝固过程中气孔的形成与扩张，进而诱发裂纹，显著影响PBF成形部件的力学性能和疲劳性能。因此，需严格控制原始粉末纯度与成型仓内氧含量，尽量避免氧化现象出现。然而即使对打印室气氛进行最严格的净化，仍有可能存在少量杂质。 粉末、激光和烟尘相互作用 对于LPBF工艺而言，当前主流的设备品牌多采用直接通入惰性气体使打印室的氧气含量达到要求的标准，少数品牌如3D Systems则采用先抽真空再通惰性气体的方式，氧气含量可以保持在25ppm以下。 林德推出的ADDvance O2 Precision氧浓度检测技术能够对打印室内的气体气氛进行连续分析，能够识别出低至10ppm的O2浓度，从而启动自动吹扫过程以保持最佳保护条件。 ADDvance® Laser230工艺气体是林德专为优化粉末床激光熔融 (LPBF) 工艺中的打印结果而开发的氩氦定制气体混合物，可将颗粒再沉积、孔隙率和粉末损失降低多达20%，同时可以减少烟雾形成并加快循环时间，使打印过程更安全并降低每个零件的成本。它还可以延长设备的维护周期，使过滤器更少的更换。此外，该混合气体与所打印的材料无关，是晶格结构3D打印的理想选择。 ADDvance Sinter250是一种用于粘结剂喷射及金属挤出工艺的气体解决方案，可优化烧结气氛。它是氩气和氢气的混合物，有助于保障不锈钢粉末打印部件的完整性和强度。林德还为Desktop Metal 的Studio System金属桌面挤出系统开发了专门的套件。 混合气体优化打印过程案例 合金元素流失也是造成成分缺陷的重要原因，LPBF部件中合金元素流失主要发生在熔池形成至凝固阶段。在此阶段，熔池过热可能造成金属或合金中低熔点或低汽压的合金元素的损失，如铝合金成形过程中的Mg元素损失和NiTi合金中的Ni损失。合金元素损失可能会导致成分严重偏离原始粉末成分，进而影响成形零件的性能。 镍钛合金因具有“形状记忆效应”在增材制造技术领域被广泛研究，但在激光打印该材料时，镍的蒸发会导致镍/钛比率的降低，从而改变零件的形状转变温度；此外，材料内部的氧气吸收也会导致该结果。这会对形状记忆产生负面影响并影响预期应用的整体性能；打印件的表面氧化也决定了需要大量的后处理。为避免这些问题，减少打印室中的氧气含量至关重要。为确保严格控制氧气水平，林德和3D Medlab 合作使用ADDvance O2精密氧气监测系统和ADDvance Laser230工艺气体混合物优化了镍钛合金的打印气氛。 当氧气水平没有得到严格控制时，镍钛零件可能会发生变色 林德还与EOS就ADDvance O2精密氧气监测系统的保护能力进行了合作，双方以铝合金为打印材料，证明了该产品有助于实现明确和高度准确的结果，对于推进合金的优化、可重复和可靠的增材制造具有意义。 Ti64晶格结构仅使用氩气保护时的飞溅（左图）与使用氩氦气混合物打印时的的飞溅（右图） 林德还与3D Medlab研究了新工艺气体对Ti64晶格结构在激光粉末床熔融(L-PBF)过程中的飞溅形成、工艺稳定性及3D打印零件性能产生的影响。使用光学断层扫描进行的过程监控表明，与单独使用氩气相比，使用氩气-氦气混合气体保护，显著减少了激光熔融过程中的飞溅，可将飞溅物的排放量降低35%，显著降低了缺陷的产生风险并提高了零件的整体表面质量。 END 3D打印过程中的烟尘和杂质会导致零件中产生缺陷，即使氧气含量的微小差异也可能会影响元素的稳定性，从而破坏材料的结构和化学特性。林德公司通过研究证明了优化的保护气体是会对打印质量造成影响，但就当前主流的关注情况来看，该因素似乎还未受到重视，并被视为影响高质量制造的关键因素。 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.钨金属的不同3D打印工艺，优势互补、潜力无限 2.整体化、轻量化与批量化 | 铂力特展示航空航天金属3D打印潜力与趋势 3.设计指南：基于激光烧结3D打印技术的应用和设计技巧 4.航天六院借助3D打印研制我国新型火箭发动机，应用发动机数量达50余种

小鹏汇天品牌所在的公司是亚洲规模最大的飞行汽车公司，该品牌融合智能汽车与现代航空，致力于为个人用户打造最安全的智能电动飞行汽车。10月24日，小鹏汇天在小鹏科技日发布了全新的飞行汽车，3D打印技术参考注意到，铂力特参与了该汽车部分部件的结构优化、外观设计及金属3D打印制造。 在当前航空和新能源汽车领域，金属3D打印参与减重已经成为重要话题。对于飞行汽车，零件减重对飞行汽车的速度和性能提升都有着非常重要的意义。而如今，在这两大应用领域，采用轻量化的材料+创新型的设计+3D打印，正在成为新的减重模式。 结构优化+钛合金+3D打印——保证性能、减轻重量 铂力特在飞行汽车的研发过程中，开展了该汽车卡钳与卡钳支架部分的结构优化与打印工作，成功实现了零件轻量化减重、整体化功能集成、复杂内腔结构制造，并缩短了研制周期和制造时间，为客户带来了重要价值。 如今，轻量化的实现途径主要有三大方面：一是轻量化材料的使用；二是产品结构的优化设计；三是使用先进的制造技术。三者相辅相成以实现最终产品的轻量化制造。 在了解小鹏汇天对产品性能强度、预估重量、外观造型的需求之后，铂力特设计团队对卡钳及卡钳支架制定了结构-外观整体解决方案。其中，相比原卡钳零件，在保证结构强度和使用性能的基础上实现了30%以上的减重优化目标。同时，团队在外观造型设计中结合曲面拓扑、点阵晶格等特征结构，呈现出流畅且富有工业感和科技感的轮廓特征，既符合小鹏汇天带给人们“拓展智能、探索边界”的科技印象，也凸显了金属3D打印工艺对设计美感和制造难点的赋能与突破。 在材料使用方面，卡钳及卡钳支架均采用钛合金材料。3D打印技术参考查询到，制造汽车卡钳通常使用碳素钢、铸/锻造铝合金以及钛合金。碳素钢的缺点在于质量重，明显不复合现代轻量化的理念；铝合金最具有最低的材料密度，但当期在满足所需强度时，质量却不如钛合金；钛合金则具有最佳的比强度，是制造高强度、耐高温组件的最佳备选材料。实际上，2018年布加迪也曾使用3D打印制造了优化的钛合金卡钳，工程师对钛合金卡钳的耐久性与传统铸铝卡钳的耐久性进行了比较，在完成所有操作后，钛合金卡钳承受温度接近1000摄氏度，性能优于铸铝卡钳。 小鹏飞行汽车的钛合金卡钳和支架分别选用BLT-S320和BLT-S400进行打印。零件打印完成之后经过一系列的热处理和机械加工后交付客户后测试，结果显示零件性能良好，与汽车适配度高。此外，3D打印技术参考还了解到，该3D打印的卡钳和支架，将会批产。其他产品信息，可查看3D打印技术参考视频号查看介绍。 产品结构紧凑化、整体轻量化、性能高效化 据汽车界人士预测，在今后十年中，汽车自身质量还将减轻20%，除了大量采用轻质材料外，新材料的集成制造工艺会显著降低车身部件数量，车身设计方法也将发生重大变化。未来汽车部件研发，必然向结构紧凑化、整体轻量化和性能高效化方向发展。 从结构、材料、工艺等方面，应用新设计、新材料、新技术来实现对汽车整体的减重，在将重量保持在最低限度且在严格的尺寸限制内最大限度地提高功能方面，基于3D打印的设计和制造能力就非常宝贵。 3D打印作为一种先进的新型制造工艺之一，因此受到了来自汽车制造商的广泛重视。 汽车设计的轻量化、多功能化也已经成为了行业节能减排的核心驱动力。轻量化的材料+创新型的设计+3D打印，新模式为减重进一步释放了空间。开发适应轻量化材料的新工艺不仅可以加速新材料在汽车上的使用，同时还可以降低材料成本，有利于扩大应用。材料和结构协同制造，使满足更高要求成为可能。 END 无论是制造业还是汽车行业，都正在进行着面向未来的变革。小鹏汇天的飞行汽车为人类城市立体交通提供产品和解决方案，为未来出行提供一种新思路。铂力特助力小鹏汇天的卡钳制造，则是金属3D打印技术和汽车制造技术的一次碰撞，携手对现有出行方式进行革新。 铂力特金属增材制造技术赋能汽车行业，助力未来汽车突破制造瓶颈，向更迅捷、更轻盈、更环保、面向未来的方向变革。同时，铂力特也为汽车客户提供工艺迭代方案，支持更自由、更前端的设计落地。铂力特持续发挥金属增材制造优势，和汽车行业用户携手共拓汽车研制的创新未来。 注：本文内容由铂力特授权创作，转载请依据转载须知。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.Relativity Space推出第四代3D打印机，能水平打印超30米大型零件 2.瞄准大·生产时代 | 铂力特发布六激光BLT-A450，为制造业赋能 3.实现工业零件的批量化制造，铂力特发布全新设备BLT-A400 4.直接和间接3D打印部件，大量轻量化技术和材料——奔驰下一代电动汽车制造思路

在LPBF金属3D打印工艺中，激光与粉末相互作用过程中的工艺不稳定性导致了各种缺陷的产生，特别是大飞溅物的随机形成使得缺陷不可预测，进而成为质量控制的一大挑战，因为它可能导致严重的打印故障（如卡刀、粉末床均匀性、表面凹坑、球化、熔道变形等）和零件缺陷（如未熔合孔隙、夹杂等）。由不可预测的缺陷引起的零件质量不一致是LPBF工艺在各个行业广泛采用的最突出问题，特别是对于关键应用场景。 飞溅产生的原因 当高能激光束撞击粉末床时，局部激光加热导致表面沸腾，形成强烈的蒸汽射流。蒸汽射流产生的反冲压力将熔体表面向下推从而形成蒸汽凹陷（也称为凹陷区或小孔）；蒸气射流的高速向上蒸气流将粉末和液滴喷射出去，形成飞溅物，并诱导周围气体流向激光束，从而引起粉末夹带。 a.聚焦激光束打印复杂的几何形状；b.LPBF过程不稳定性导致大量飞溅物的产生；c.大飞溅引起的缺陷；由于激光吸收率对入射角的强烈依赖性，不均匀的能量吸收导致不均匀的汽化，从而使熔池表面（液-气界面）上的反冲压力不均匀。不均匀的反冲压力引起液气界面的波动，进而引起激光能量吸收和蒸气压的波动。相互支撑的能量吸收波动和液体表面波动导致强烈的激光粉末床相互作用不稳定性，例如熔池/蒸汽抑制波动和气流驱动的飞溅碰撞。蒸汽下降波动导致熔池中的液体破裂和气体驱动的飞溅碰撞可导致形成大飞溅（此处定义为尺寸大于100 µm为飞溅物）。 激光打印产生大量烟尘及全新优化的风场舱室设计和多孔风墙专利技术（来自：slm solutions） 通过优化工艺参数可以改变飞溅的数量，但不能消除大飞溅，因为该方法不能改变激光与粉末床的局部相互作用的内在性质，消除大飞溅物的随机形成仍然是一个挑战。 使用纳米粒子消除大飞溅 来自威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员报告了一种通过使用纳米粒子来控制激光-粉末床相互作用的不稳定性从而消除大飞溅物的方法。大飞溅颗粒的消除将使3D打印零件具有良好的一致性和更高的性能。研究人员揭示了两种机制协同工作以消除所有类型的大飞溅：（1）纳米粒子对熔池波动的控制消除了液体破裂引起的大飞溅；(2) 纳米粒子对液滴聚结的控制消除了液滴碰撞引起的大飞溅。同时得出结论，纳米粒子能够同时稳定熔池波动和防止液滴聚结，为减少金属增材制造中的缺陷提供了一种潜在方法。 研究人员使用6061铝合金通过添加4.4vol.%的TiC纳米粒子进行了对比实验，并采用原位高速X射线成形分析了粉末床激光熔化过程。 d–i：原位X射线图像显示Al6061和Al6061+4.4vol.%TiC 在相同工艺参数 ( d , e ) 和相同熔化模式、传导模式 ( f , g ) 和锁孔模式 ( h , i )；黄色虚线圆圈表示大的飞溅物；j, k SEM图像显示了打印后的 Al6061 ( j ) 和 Al6061+4.4vol.%TiC ( k )的顶面观察到大飞溅物的消除。研究发现，在不添加纳米粒子的情况下，成形过程中出现了很多大于100μm层厚的大飞溅颗粒；与此形成鲜明对比的是，当粉末中掺入TiC纳米粉时则没有观察到大的飞溅。研究人员发现，纳米粒子的引入增加了蒸气凹陷深度，这主要是由于纳米粒子的吸收率增强引起的。但为了确认大飞溅消除不是由蒸汽凹陷深度的变化引起的，并且不仅限于某个工艺参数，随之在宽范围的工艺参数下进行了原位X射线成像实验，在所研究的所有处理条件下都观察到纳米颗粒能够消除大飞溅物。 消除飞溅的机制 为了揭示纳米颗粒能够消除大飞溅物的机制，研究人员进行了深入的原位高速X射线成像研究，并发现了两种协同作用以防止大飞溅形成的机制。 第一个机制是纳米粒子稳定了蒸汽抑制波动，从而消除了熔池中的液体破裂。正如预期的那样，在无纳米粒子添加的Al6061中，观察到液体从蒸汽凹陷边缘周围的熔池中分解形成飞溅物。模拟研究表明，液体破裂是由流体动力引起的惯性压力克服表面张力引起的毛细压力引起的，这类似于水的飞溅。然而，在Al6061+4.4vol.%TiC中，没有观察到液体破裂（甚至没有液体突出）。 两种材料模式下的成形过程观察 在无纳米粒子添加的Al6061中，观察到液体从蒸汽凹陷边缘周围的熔池中分解形成飞溅物 对蒸汽沉降深度和宽度波动的分析表明，没有液体破裂可归因于蒸汽沉降波动的稳定。假设蒸汽抑制波动的稳定源于纳米粒子诱导的粘度增加，产生粘性应力以平衡反冲压力所需的液体表面变形更少，从而导致更少的蒸汽压波动。随着蒸汽压波动的减少，液体动量突然增加的驱动力得到缓解。如果没有足够的液体动量，惯性压力无法克服表面张力引起的毛细管压力，从而导致飞溅。 第二个机制是纳米粒子在碰撞过程中阻止了液体飞溅物的聚结，从而消除了碰撞引起的大飞溅物。由于激光-粉末床相互作用区域周围的气流密集且混乱，因此在LPBF过程中，粉末碰撞经常发生。当Al6061中的两个液体飞溅物碰撞时，两个飞溅物合并形成一个大飞溅物。碰撞引起的团聚是大飞溅物形成的主要机制，通过优化工艺条件或调整合金成分很难克服。然而，当加入TiC纳米粒子后，液体飞溅物可以在碰撞后立即分离。两个碰撞的飞溅保持了它们的初始大小。碰撞的唯一后果是它们的移动方向和速度发生了变化。 当Al6061中的两个液体飞溅物碰撞时，两个飞溅物合并形成一个大飞溅物 当加入TiC纳米粒子后，液体飞溅物可以在碰撞后立即分离 对防止聚结的机制研究发现，TiC纳米颗粒覆盖了原料粉末的表面，当粉末熔化时，液滴表面的纳米颗粒在它们碰撞时会产生毛细压力屏障，防止液滴聚结。在激光相互作用区，粉末可以被加热到非常高的温度，这种高温可以消除熔池区域中的毛细压力屏障，从而允许纳米颗粒包裹的粉末进入熔池。 纳米粒子的引入消除了缺陷并提高了材料性能 大飞溅物的消除使零件中的缺陷显著减少。表面轮廓测量表明，表面粗糙度 (Ra) 从20±3 µm减少到2.1±0.2 µm，降低90%；分辨率为2 µm的X射线成像检查表明，加入TiC的样品中未检测到孔隙，但未加纳米粒子的样品观察到了很多孔；此外，分散在Al6061基体中的纳米粒子，还将样品的晶粒细化了一个数量级以上，有效的晶粒细化可消除热裂纹。 a , b：Al6061(a) 和 Al6061+4.4vol.%TiC (b)的打印顶面表面轮廓；c：打印顶面的表面粗糙度 (Ra) 和最大高度差 (Rm)；d, e：打印后的Al6061(d) 和Al6061+4.4vol.%TiC(e) 样品的X射线图像；f：SEM图像显示了TiC纳米颗粒在打印后的Al606+4.4vol.%TiC的横截面中的分布；g，h：打印后的 Al6061(g) 和 Al6061+4.4vol.%TiC(h)的IPF图像；g中的黑色代表裂缝或孔隙；i代表性拉伸试验曲线拉伸测试结果表明，打印后的Al6061+4.4vol.%TiC的拉伸强度与T6热处理后的变形Al6061相当，拉伸伸长率提高33%；热处理后的 Al6061+4.4vol.%TiC的抗拉强度比锻造的Al6061高123±13 MPa (42%)，并且仍保持7.9%±0.3%的合理伸长率。更重要的是，Al6061+4.4vol.%TiC的机械性能表现出良好的一致性（与锻造的…

9月23日，3D打印技术参考注意到，北京药监发布了关于《北京市增材制造定制式义齿产品注册审查指导原则（征求意见稿）》公开征集意见的通知。 通知指出，为指导和规范增材制造定制式义齿产品的注册技术审评工作，帮助审评人员理解和掌握该类产品原理、结构、性能、预期用途等内容，把握注册技术审评工作基本要求和尺度，对产品安全性、有效性作出系统评价，北京市药监局结合实际起草了《北京市增材制造定制式义齿产品注册审查指导原则（征求意见稿）》，向社会公开征求意见，欢迎社会各界提出意见建议。 指导原则中的定制式义齿是指人工制作的能够恢复牙体缺损、牙列缺损、牙列缺失的形态、功能及外观的修复体，可以分为固定义齿和活动义齿两大类。只要通过增材制造工艺完成其金属（内）冠、固定桥、嵌体、桩核、可摘局部义齿支架、全口义齿基托加工的定制式义齿产品均属于本指导原则的覆盖范围。 金属3D打印的定制式义齿（来自Dent-Art-Technik Kft., Győr, Hungary） 所指的增材制造工艺仅限于激光选区熔化工艺，仅限于使用金属材料不包括使用陶瓷材料或其他材料通过增材制造工艺加工的上述结构。定制式义齿增材制造工艺所用钴铬合金、钛和钛合金等金属义齿制作材料应取得III类医疗器械产品注册证。 义齿的激光选区熔化增材制造件的金属性能应符合下表的要求。 表面粗糙度 按YY/T 1702-2020中8.2.1试验，打印后的试样表面粗糙度Ra应不大于15μm。 尺 寸 按YY/T 1702-2020中8.2.2试验，打印后的试样厚度与设计的试样厚度偏差应不大于 ±0.05mm。 翘曲变形 按YY/T 1702-2020中8.2.3试验，打印后的试样翘曲变形量应不大于 0.5mm。 硬 度 按YY/T 1702-2020中8.2.4.1试验，纯钛产品的硬度应不低于 150HV10；钛合金产品的硬度应不低于 260HV10；钴铬合金产品的硬度应不低于 280HV10。 拉伸性能 按YY/T 1702-2020中8.2.4.2试验，应符合ISO 22674-2016中5.4和5.5的要求， 1型：0.2%规定非比例延伸强度≥80MPa；断后伸长率≥18%。 2型：0.2%规定非比例延伸强度≥180MPa；断后伸长率≥10%。 3型：0.2%规定非比例延伸强度≥270MPa；断后伸长率≥5%。 4型：0.2%规定非比例延伸强度≥360MPa；断后伸长率≥2%。 5型：0.2%规定非比例延伸强度≥500MPa；断后伸长率≥2%；杨氏模量≥150GPa。 弯曲性能 按YY/T 1702-2020中8.2.4.3试验，0. 2% 规定非比例弯曲应力应不低于800MPa。 夹杂物和 孔隙率 按YY/T 1702-2020中8.2.5试验，放大 100 倍观察,疏松、非金属夹杂和孔隙率的面积分数应在 2.8% 以下(面积百分比)。 密 度 按YY/T 1702-2020中8.2.6试验，应符合ISO 22674-2016中5.6的要求。 耐腐蚀性 按YY/T 1702-2020中8.2.7试验，应符合ISO 22674-2016中5.7的要求。 抗晦暗 如果制造商声明具有抗晦暗性能，按YY/T 1702-2020中8.2.8试验，应符合ISO 22674-2016中5.8的要求。 线胀系数 此要求仅适用于金属-烤瓷修复体用金属材料，按YY/T 1702-2020中8.2.9试验，应符合ISO 22674-2016中5.10的要求。 北京通过“提前介入”，使医疗器械审评水平紧跟国际前沿 今年以来，北京市医疗器械审评检查中心通过“提前介入”服务模式，对采用国际先进技术研发的“激光选区熔化工艺”定制式义齿产品等提前进行审评追踪。通过科学和规范的管理，保证医疗器械审评质量，以优质高效的技术服务，持续优化营商环境，促进北京市医疗器械产业健康快速发展。 金属3D打印的义齿产品（来自Renishaw） 北京市医疗器械审评检查中心自企业获得创新医疗器械批件后，积极推进产品注册进程，按照“专人负责、提前介入、全程辅导”的原则，对企业优先审评和现场检查。中心主动了解企业困难，协助企业研判产品风险，宣贯产品注册流程及法规要求，通过点对点辅导、面对面沟通、分阶段梳理、无延时响应等多种方式，切实帮企业渡过法规“困惑期”，并在产品注册受理前，组织召开专家评审会，提前审评产品技术指标及临床方案，协助企业推进创新产品技术指标体系建立和临床试验方案设计进程，最终助力企业将产品尽快上市，服务百姓健康。 激光选区熔化工艺是精密金属3D打印领域中最为前沿和最具潜力的技术，它与早期出现的增材制造3D打印技术基本原理相同，也是先在计算机上利用三维造型软件设计出零件的三维实体模型，然后通过切片软件对该三维模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据，由轮廓数据生成填充扫描路径，不同之处在于其利用高能量的激光束，使用很小的焦点光斑，对超细粉末、超薄铺粉层进行精密热熔加工，因此可比其他金属3D打印获得更高的致密度、更高的尺寸精度和更好的表面质量。 3D打印的金属牙冠（来自oqton） 作为一种新兴技术，激光选区熔化工艺的影响因素多达50多个，对成形效果具有重要影响的包括六大类：材料属性、激光与光路系统、扫描特征、成形氛围、成形几何特征和设备因素。 北京市医疗器械审评检查中心在收到北京首个3D打印义齿注册申请时非常重视，在产品质量控制、研发过程以及工艺参数确认等方面开展现场咨询、现场检查，并组织召开专家评审会等进行沟通。中心经过大量研究原始资料、供应商信息以及实测的验证数据，最终明确了激光选区熔化3D打印义齿产品的质量评价体系，包括产品质量控制标准，金属粉末、3D打印设备以及义齿加工系统性的工艺参数确认研究要求及生产制造现场特殊安全生产防控要求等。 “激光选区熔化工艺”3D打印定制式义齿产品填补了北京市空白，引领了义齿加工制造领域的新趋势。通过审评，北京市医疗器械审评检查中心建立起了3D打印义齿产品的质量评价体系，跟踪了3D打印领域发展的最新技术，这都将推动审评检查工作紧跟科技前沿，加速新技术转化效率，服务产业发展，造福人民。…

亚洲3D打印、增材制造展览会（TCT Asia 2022）将于2022年8月31日-9月2日在深圳国际会展中心（宝安）7号馆开幕。有研增材技术有限公司受邀参展，在展会上发布最新研发的增材制造用高端球形金属粉末产品。 有研增材展位号：Q69 有研增材公司厂区 有研科技集团作为我国有色金属行业综合实力雄厚的研究开发和高新技术产业培育机构，国资委直管中央企业，于2021年底整合旗下北京康普锡威、粉末研究院、有研合肥、英国Makin公司等涉及金属增材制造及特种粉体材料板块资源，引入战略投资者-中国钢研集团，设立有研增材并实现独立运营。 有研增材粉末产品 有研增材建有年产5000吨球形金属粉末生产线，包括真空惰性气体雾化（VIGA）、电极感应熔炼气体雾化（EIGA）、高压气-水雾化、高速雾化等制粉生产装备50余台套，增材制造铝合金粉末专用生产线5条，并配有扫描电镜、激光粒度仪、直读光谱等检测仪器与设备。主要产品包括铝合金粉末、高强高导铜合金粉末、高温合金粉末、钛合金粉末等二十余种，广泛应用于航空、航天、兵器、电工电子、船舶、汽车、通讯、核工业等多种领域。 1.高流动性铝合金粉末 目前，铝合金粉末材料还存在如流动性较差、空心粉率高、松装密度低、粉末表面卫星球较多等问题，并且随着增材制造装备向大型化、多激光方向发展，对铝基合金粉末材料提出了更高的要求。为此，有研增材推出了高流动性铝合金粉末材料，粉末球形度高（＞95%）、流动性好（60s/50g），松装/振实密度分别达到1.45和1.70 g/cm3，同时，空心粉率控制在0.3%以内。目前该高流动性铝合金粉末产品已在航空航天、汽车等领域获批量应用。 高流动性铝合金粉（来源：有研增材） 2. 高导电率纯铜粉末 高导电性和导热性使铜合金成为制备具有高传热能力的零部件的最佳材料。针对火箭发动机、散热器、汽车制造等领域对高强、高导铜合金的需求，开展基于高强高导铜合金的成分设计、粉末材料制备等研制，开发出增材制造用高纯度、高球形度的铜及铜合金粉末材料（Cu、CuSn、CuCrZr、CuNiSiCr），具有氧含量低，流动性好，松装密度高等显著特点。 3. AlCu系高强耐热铝合金粉末 高强铝合金是目前增材制造铝合金材料的迫切需求。随着增材制造转向实际产品，AlSi系合金性能已不能满足要求，但由于传统高强度铝合金牌号不完全适用于激光成型，由此才有了增材制造高强铝合金的成分设计与改进问题。目前增材制造高强铝已有几类改进成分，如空客专利产品Scalmalloy，澳大利亚莫纳什大学的AlMnScZr，美国HRL的7A77.60L等，但相对于广泛的铝合金产品需求来讲，现有增材制造高强铝材料仍显单一。在传统工业制造中，铝合金是应用最广的有色金属材料，各类不同强度、刚度、硬度、耐热、耐腐蚀性能的铝合金牌号众多。未来，增材制造铝合金材料也将依据综合性能要求形成不同体系，而不仅限于强度一个维度。有研增材团队在高强铝方面持续关注高强、耐热、耐腐蚀材料开发，2021年与集团内部单位有色金属材料制备加工国家重点实验室合作开发了适用于增材制造的AlCu系高强耐热铝合金产品，200℃条件下抗拉强度大于400MPa，有望成为增材制造高强铝合金中一类重要新产品。有研集团有色金属材料制备加工国家重点实验室是国内铝合金材料的重点研究单位，在有色金属结构材料强韧化理论，航空航天飞行器制造用高强高韧铝合金，汽车轻量化制造用新型铝合金材料开发方面具有雄厚实力。增材制造高强铝材料相关研究（来源：相关文献） 4. 适用于模具行业的高强高导铜合金粉末 在模具行业，铜合金也是一类广泛应用的材料。当前模具钢材料的随形水路打印已经取得广泛应用，未来更高导热属性的铜合金随形水路模具同样具备应用潜力。SLM Solutions公司于2019年推出适用于模具制造的CuNi2SiCr产品，该材料是一种可热处理的硬化合金，具备高强度以及导热导电性能的平衡组合，同时合金中包括镍和硅，具有很高的耐腐蚀和耐磨性。CuNi2SiCr本身不是一个新成分，该材料对应美标C18000合金。有研增材团队在2020年开展了CuNi2SiCr产品的开发工作，对于粉体特性和热处理工艺对该材料强度、硬度、热导率的影响规律做了细致研究，形成了该材料的制备工艺标准、打印参数包和热处理工艺制度。值得一提的是，相比于其他材料，成分和热处理工艺对打印性能产生的影响属铜合金波动最大。有研集团在上世纪90年代初就对CuNiSiCr系合金开展了研究开发工作，对此类材料的成分设计与应用有深入研究。有研增材以此为基础对CuNi2SiCr产品做了成分改进并开发了相应热处理制度才将屈服强度稳定在550Mpa以上同时保持相应硬度和热导率指标以满足模具制造要求。 END 在当前金属增材制造产业链中，材料端正在受到越来越高的关注，一方面是由于金属增材制造逐渐铺开带来了量的明显增长，更重要的是应用端正在牵引材料端进行更新换代，其中既包括粉体特性改进，也包括新成分的设计与应用。对于未来增材制造粉末产品开发而言，粉体制备技术与材料研究缺一不可。 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.行业巨头云集Formnext增材制造展，多场重量级论坛，紧抓中国市场复苏机遇 2.增材制造用钛合金的种类、应用、粉末制备技术，及市场用量情况 3.深度好文：讲透3D打印高强铝合金究竟是什么材料 4.NASA：航空航天领域常用的金属3D打印材料及特点

采用传统制造技术，可以对数千种合金进行加工。对于金属3D打印技术而言，可供使用的材料数量极其有限，且不像传统加工那样拥有数十年的加工和使用经验。此外，航空航天部件通常要求具有关键特性，其在恶劣环境（高压、腐蚀性流体或从低至−252°C的低温到超过1000°C的高温）下使用时所设计的阈值极小，并且此类部件需要安全可靠的在高频率循环状态下工作数千小时。因此，对最终用途部件所选择的合金提出了苛刻要求。 航空航天增材制造所需求的金属包括铝合金、不锈钢、钛合金、镍基和铁基高温合金、铜合金以及难熔合金。NASA的工程师根据当前的研究和行业应用情况总结了53种适用于金属增材制造的合金材料，覆盖了从基于熔化和固态成型的当前几乎所有的工艺类型。其中一些合金源于传统加工材料，并继续用于制造航空航天部件。新材料和现有的合金都在不断地开发和优化中，所总结的材料种类仍有很大的扩充空间，很多合金目前仅达到了开发阶段，可能不完全符合使用特定增材制造工艺的航空航天应用要求。在所有金属增材制造工艺中，L-PBF、LP-DED和AW-DED（电弧线材能量沉积）是研究最多的领域，而对激光线材能量沉积工艺的研究则少得多。固态增材制造工艺在研究和工业应用中越来越受欢迎。 根据所使用的增材制造工艺，原料可分为预合金粉末（通常通过气雾化生产）、线材、片材或实心棒材等。虽然与锻造合金相比，可用材料的数量有限，但仍有许多常用和知名的高温和流行的航空航天合金可供使用，但成熟度水平各不相同。 采用不同金属3D打印的复杂航空零件：(a)L-PBF打印的Nb C103主动冷却推进器 (b)L-PBF打印的钨主动冷却控制面(c)L-PBF打印的GRCop-84燃烧室(d)质量-优化的AlSi10Mg低温推进剂喷射器，外部有晶格结构，内部包含流道(e) L-PBF的直径600mm In718集成热交换器(f)LP-DED制造的NASA HR-1核热推进室镍和铁基高温合金应用较多是因为它们在高温和高压下具有出色的机械性能，并且经常用于恶劣的环境（耐腐蚀和抗氧化）。镍基高温合金在3D打印领域广泛使用，并以In625和In718最为突出用于许多应用。A-286、JBK-75和NASA HR-1等铁基高温合金通常用于高压氢应用（如火箭发动机），可以降低与氢环境脆化相关的风险。此外，这些超合金具有高抗蠕变性，这些特性的组合有助于显著提高现代飞机发动机的效率。高温合金是制造高压燃气轮机燃烧室、涡轮机、外壳、圆盘和叶片等许多部件的关键材料。其他高温和低温应用包括用于液体火箭发动机的阀门、涡轮、喷射器、点火器以及歧管等。目前，超过50%的先进飞机发动机质量由镍基超合金组成。 强度重量比是另一个关键指标，钛合金因具有出色的耐腐蚀性和耐温特性以及出色的比强度在航空航天领域应用极广，并且一直在增材制造领域备受关注。具体来说，Ti6Al4V是起落架、轴承架、旋转部件、压缩机盘和叶片、低温推进剂罐和许多其他航空航天部件的常用合金。Ti6242可用于压缩机叶片和旋转机械零件，TiAl合金则可用于这种涡轮叶片。 虽然比钛合金强度低，但铝合金具有良好的强度重量比，是一种常见且和成熟的航空航天材料。用于增材制造零件生产的铝合金包括基于合金元素的1xxx、2xxx、4xxx、6xxx、7xxx系列，其中许多可采用搅拌摩擦焊和超声波焊接等固态增材制造工艺制造。铝合金目前采用粉末床和能量沉积工艺可以减少开裂，可打印的种类包括AlSi10Mg、F357、A205、7A77、6061-RAM2、Scalmalloy等。然而，铝合金也存在许多缺点，如高温性能差，存在焊接修复问题，而且高强度铝合金的抗应力腐蚀开裂能力较差也较为常见。 LPBF制造的AlSi10MgSentinel-1 天线支架(b)LPBF制造的Ti6Al4V高价值航空支架(c )激光增材制造的 In718法兰(d ) LPBF制造的Ti6Al4V飞机支架 与钛或超合金相比，不锈钢具有良好的强度重量比、耐高温能力以及较低的成本，因此广泛用于飞机和航天器部件制造。不锈钢在适当的环境下表现出高耐腐蚀性、抗氧化性和耐磨性，可用于制造发动机和排气系统、液压部件、热交换器、起落架系统和结构接头。在航空航天领域，可制造铰链、紧固件、起落架和飞机上的其他部件。可用于金属3D打印的不锈钢包括316L奥氏体钢和17-4PH沉淀硬化钢等。尽管有很多优点，但钢的密度相对较高，通过传统技术易于成型，采用金属增材制造技术制造不锈钢零件在航空航天领域应用有限。 对于不需要高导热性的高温应用，可以使用钴基合金（包括钴铬和钴铬钨硬质合金）。然而，当导热性成为优先选项时，铜合金会被有限选择。它的高导热性非常适合制造热交换器。对于火箭应用，需要最高效热交换的位置位于推力室，该区域承受高压，在这些环境中使用的铜合金需要具有高强度和高导热性（同时满足与所选推进剂兼容）。成熟的常见3D打印铜合金包括GRCop-42、GRCop-84、C18150(Cu-Cr-Zr)、C18200(Cu-Cr)和GlidCop（纳米氧化铝颗粒增强铜基复合材料）。3D打印技术参考此前介绍过多种铜合金材料及工艺和材料特性，可查询往期文章。 增材制造并不一定只能制造单一金属并不是，它可以创建定制的双金属和多金属结构。可以在设计中离散地添加材料来优化热或结构特性，如结构护套、法兰、凸台或其他特征的形式，从而优化整个子系统的重量。此外，还可以制造金属过渡或功能梯度材料。 可用于航空航天领域的其他金属合金包括难熔金属，如铌、钽、钼、铼和钨及其合金。铌基C-103在辐射冷却喷嘴、空间反应控制系统和高超音速机翼前缘等应用中很常见。其他铌基合金（WC3009、C129Y、Cb752、FS-85）可用于制造再入飞行器热保护系统以及空间反应堆堆芯结构；钽基合金（Ta10W、Ta111、Ta122）通常用于制造具有腐蚀性的高压和超高温环境；钼基难熔合金可用于超高温应用，如碱金属热管和核热推进燃料元件。稀土基合金在增材制造方面的开发要少得多，但在燃烧室和单晶涡轮叶片中具有潜在用途。 本文对航空航天领域各类材料的特点介绍较为全面，3D打印技术参考不再做最后总结。此外，本文是NASA航空航天应用经验总结系列文章总结的第二篇，后续将继续呈现更多精彩内容。   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;硕博千人交流群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.行业巨头云集Formnext增材制造展，多场重量级论坛，紧抓中国市场复苏机遇 2.NASA工程师总结：航空航天金属增材制造部件的生命周期 3.NASA金属增材制造在火箭推进领域的应用进展——工艺和材料 4.NASA 2022年最新「航天增材制造技术」应用经验总结（中文）

6月21日，3D打印技术参考了解到，湖北超卓航空科技股份有限公司首次公开发行股票并在科创板上市，于22日开始申购。该公司是国内少数掌握冷喷涂增材制造技术并产业化运用在航空器维修再制造领域的企业之一，主要从事定制化增材制造和机载设备维修业务。招股书显示，2019年、2020年及2021年度，公司分别实现营业收入5123.06万元、1.22亿元及1.41亿元，最近三年年均复合增长率为66.08%。此次公开发行股票，超卓航空因此成为即铂力特之后第二家在科创板上市的中国增材制造企业。 同时值得注意的是，该公司招股书指出，超卓航空公司董事、副总经理、核心技术人员、研发总监生于1991年，持股超30%，是最高持股人。其历任超卓航科董事、副总经理、研发总监。自2014年12月于普渡大学毕业后，在超卓航空负责了冷喷涂工艺的整体研发和管理，带领团队成功攻克冷喷涂工艺中的多项关键难点，为公司6项发明专利的第一发明人。2018年以来，其带领公司获得国家企业技术中心、第24届全国发明展览会“发明创业奖·项目奖”银奖等各类荣誉和奖项。 湖北超卓航空科技股份有限公司（来源：该公司官网） 基于自主研发的高强铝合金高压冷喷涂增材制造技术、高性能涂层界面污染控制技术，超卓航空实现了应用冷喷涂增材制造技术进行航空机体结构再制造，为我国多型号战斗机起落架大梁疲劳裂纹修复及延寿项目难题提供了更优解决方案，修复效果通过了由空军装备部、实战部队、我国航空航天高等院校及科研院所以及基地级大修厂的专家组成的技术评审团的状态鉴定，是中国空军装备部下属 A、B 基地级大修厂多型军机起落架大梁疲劳裂纹修复再制造的唯一供应商，为我国军方单位增加了数十万飞行小时的飞行资源。经中国航空工业集团下属某战斗机设计研究所试验测试后，公司修复的起落架大梁可实现的起落次数达到了原设计值的 3 倍，创造了显著的军事效益和经济效益，为军方维修保障及装备费用节约做出了重要贡献，行业地位突出。 超音速火焰喷涂工艺介绍（来源：该公司官网） 冷气体动力喷涂工艺介绍（来源：该公司官网） 等离子喷涂工艺介绍（来源：该公司官网） 冷喷涂增材制造技术是一种建立在空气动力学上的增材制造技术，可应用于制作保护涂层和功能涂层、零部件修复、增材制造等领域。3D打印技术参考了解到，该技术在欧美等国家的应用水平相对成熟，但国内尚处于追赶阶段，且国内企业实现冷喷涂增材制造技术商业化应用的企业较少，产业链和行业标准也有待健全和完善。 招股书指出，超卓航空是国内少数掌握冷喷涂增材制造技术并产业化运用在航空器维修再制造领域的企业之一，实现了多种金属材料的高强度沉积，建立了冷喷涂增材制造技术体系，并将该技术成功应用于机体结构再制造领域。 冷喷涂增材制造技术是一种基于高速粒子固态沉积的涂层制备方法。喷涂粒子在固态下碰撞基体，经过剧烈的塑性变形而沉积形成涂层，同时对基体不形成热影响，可作为近净成形技术直接喷涂制备块材和零部件，在防护涂层和功能涂层的制备、装备制造和再制造领域具有广阔的应用前景。目前冷喷涂增材制造技术已经在美国、欧洲、澳洲等发达国家和地区用于直升机、战斗机、轰炸机、潜艇等军事装备修复再制造领域。 冷喷涂被美国等国用于军事装备修复领域 超卓航空还是国家高新技术企业、国家认定企业技术中心，拥有国家级博士后科研工作站，经过多年的研发投入，公司不断提升在原位增材制造、冷喷涂增材制造工艺参数、增材修复界面污染度控制、飞机承力结构疲劳裂纹源区强化增材补强修复等方面的技术水平，拥有了较强的技术储备，并成功实现了以冷喷涂增材制造技术进行再制造的工程化、商业化应用。 随着国际军事环境的日益复杂，我国国防军事装备，特别是军用航空器、武器装备的保障性需求增长明显。此次科创板上市，超卓航空拟募资2.79亿元。其中，2.19亿元用于增材制造生产基地项目，3068万元用于钛合金粉末的冷喷涂工艺开发项目，2964.49万元用于高性能靶材研发中心建设项目。 未来，公司将围绕自身核心技术优势，结合军用航空器修复再制造和高性能靶材的市场需求情况，不断提升研发和生产能力、优化产品结构、拓宽应用领域，实现可持续发展，努力实现成为“成为中国增材制造技术多场景应用专家”的愿景。 注：本文使用简称为超卓航空，也称超卓航科。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.工艺综述：金属增材制造技术的重要创新发展及代表性企业 3.增材制造在航空航天工业中的市场趋势、制造优势、应用范围及研究现状 4.铂力特二期项目将成为国内规模最大的金属增材制造智能工厂

将3D打印技术用于民航飞机备件生产已有多年时间，但绝大多数是塑料制成的，金属部件甚至是承重部件则受到严格管制。近日，3D打印技术参考获悉，欧洲航空安全局批准了第一个在飞机上使用的3D打印承重金属部件——用于IAE-V2500发动机防冰系统的“A-Link”，该发动机为空客A320提供动力。 A-Link（A形连杆）由3D打印服务提供商Lufthansa Technik和空客子公司Premium AEROTEC开发，其作用是在发动机进气罩上固定一个环形热空气管道，后者可防止在飞行操作期间结冰，一台发动机上总共有九个A-Link零件。然而，发动机在运行过程中发生的振动会导致A形连杆在其安装孔处磨损，因此每隔几年就需要更换备件。 由于A形连杆需要暴露在高达300摄氏度的温度下，因此采用钛合金制成。最初，该组件通过锻造工艺制造，以满足对材料性能的最高要求。然而，制造团队所开发的新制造方案通过激光粉末床熔融金属3D打印逐层制造，在生产时不需要夹具或模具。此外，该过程可以节省材料，在3D打印之后，仅需要在某些功能表面上进行非常小程度的材料去除。 在金属增材制造方面，零件的机械性能受到打印参数的严重影响，因此，工艺认证是一项复杂但至关重要的过程。为了验证A形连杆的3D打印工艺，Premium AEROTEC使用原型样本进行了“大量”打印测试，以微调构建的可靠性和可重复性。在增材制造中，相同部件之间的尺寸差异始终存在问题，但欧洲航空安全局认为A-Link在这方面是安全的。测试的目的之一是与锻造工艺的性能相匹配，Premium AEROTEC所打印的零件最终证明抗拉强度优于传统制造的同类产品。 作为认证过程的一部分，Lufthansa Technik扩展了其为欧洲航空安全局提供服务的能力，其中包括金属3D打印。Premium AEROTEC首次向空客集团以外的客户提供系列3D打印组件——第一批A形连杆零件将用于汉莎航空机队。 汉莎航空技术公司首席运营官表示，多年来他们一直在使用3D打印为飞机机舱生产部件，其中绝大多数是塑料制成的。使用金属3D打印零件用作飞行承重部件则是首次，通过这种方式，不仅节省了相关组件的成本，而且还定义并验证了将这种开创性制造方法应用于结构相关金属部件的所有必要流程。 因为A形连杆零件的几何形状仍与原始零件基本一致，因此，承重金属备件的首次航空认证目前仅代表双方合作的第一步，未来还将利用增材制造的优势对几何形状进行有针对性的优化。从理论上讲，增材制造组件的成型没有限制，因此它们可以更容易地生产，使用更少的材料，同时保持相同的强度和功能。双方都打算在不久的将来进一步开发这些可能性。 注：本文内容来由3D打印技术参考整理编辑，转载请依据转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.年消耗5.4吨钛合金，成功用于陆、海、空、太空的金属3D打印解决方案 3.南洋理工综述：金属增材制造资质鉴定与认证 4.看东方航空如何将增材制造运用到民航维修改装领域