包括路透社在内的众多报道表明，苹果公司目前正在测试用于批量生产Apple Watch Series 9表壳的粘结剂喷射金属3D打印技术，该产品将于9月12日发布。报告称，该生产技术将不再需要将金属部件切割成产品形状，从而减少了产品制造所需的时间，同时也有利于环境保护。报告补充说，金属3D打印有可能简化苹果的供应链，如果智能手表的测试成功，该公司将寻求在未来几年内在更多产品上使用该技术。   3D打印技术参考注意到，由于目前铝材料的粘结剂喷射打印烧结尚不成熟，Apple Watch Series 9的表壳采用不锈钢粘结剂喷射（Binder Jetting）金属3D打印；而此前已有消息公布，该公司的另一款智能手表Apple Watch Ultra的数字表冠、侧按钮和一些其他操作按钮使用钛合金粉末床激光熔融（L-PBF）金属3D打印生产。 就供应商的选择而言，来自中国的金属3D打印设备商华曙高科和铂力特提供了L-PBF工艺，因为苹果该产品的生产任务位于中国；而Binder Jetting工艺的提供商分析认为是是HP或Desktop Metal。苹果甚至可能考虑测试不同的工艺，以获知哪一种更具成本效益。   此前，苹果采用传统技术生产不锈钢手表表盘，约占该产品线总产量的10%。该公司利用锻造材料块体转换成更接近设备尺寸的较小金属块，然后使用CNC 加工来创建手表外壳的精确设计。据该报告称，金属粘结剂喷射技术可创建接近零件实际尺寸或“近净形状”，这些零件在后处理阶段将进行铣削。  据称，苹果在过去三年中一直在开发这项技术，并一直在为即将推出的Apple Watch Series 9专用的钢制表壳测试该工艺。目前尚不清楚新款钢制Apple Watch的首批消费者发货是否包含3D打印产品，但据报道，苹果计划在2024 年为其钛合金Ultra手表应用增材制造技术。 尽管取得了这些进展，3D打印预计仍将用于苹果制造流程中的小批量产品。事实上，大多数Apple Watch外壳以及Mac、iPad和部分iPhone等其他设备都是由铝材料制成的。Apple在铝合金3D打印方面尚未取得重大进展，预计将把重点放在钢和钛等材料上。    延伸阅读1：粘结剂喷射攻克钛、铜、铝3D打印制造，缺少商业化案例 粘结剂喷射金属3D打印技术长时间以来主要的成型材料为钢类合金，如HP公司发展多年的主要商业化材料仍为316L不锈钢。钛、铜、铝，均属于易氧化金属。根据3D打印技术参考此前的介绍，钛合金的打印和烧结过程对氧含量很敏感，如果过程控制不好，便难以实现零件致密化以及好的延伸率，设备稳定性、温度均匀性都是考量指标。这些因素造成采用粘结剂喷射来打印上述合金变得困难。 在研发方面确实已经取得了突破，钛、铜、铝实际上都已经号称取得了粘结剂喷射金属3D打印成型，但需要注意的是，这种成功可能仍旧需要大量的测试和工艺优化。截至目前，仍未有关于这三种材料采用粘结剂喷射金属3D打印的应用案例公布。 后期，若钛合金、铝合金以及铜合金能够采用粘结剂喷射实现3D打印实现稳定制造，无疑将带来革命性的影响，它将势必加速金属3D打印高效、低成本和批量化制造的进程，并能拓展更多的行业应用。 对于以苹果为代表的电子消费产品，粘结剂喷射金属3D打印技术如能稳定可靠的实现生产，无疑将极大程度简化相关产品的制造环节，并降低成本。同时，也将带动该技术更快速的发展，一些企业也将获得发展良机。 延伸阅读2：粘结剂喷射金属3D打印，将塑造一个蓬勃发展的市场 金属粘结剂喷射技术有望在金属3D打印的工业化中发挥重要作用，它可以使用较便宜的粉末和现有的冶金工作流程制造大批量零件。使用该技术制造的零件必须使用金属注射成型行业所熟悉的方法烧结成最终形式。 SmarTech在《Market for Bound Metal Additive Manufacturing 2022》中预计到2030年，基于烧结的金属3D打印零件制造市场规模将达到540亿美元； CONTEXT的最新市场研究结果指出，2022年第一季度金属粘结剂喷射市场增长最快，打印机出货量比2021年第一季度增长了113%。虽然该工艺还不是主导技术，但它是增长最快的技术之一。 IDTechEx在新报告《金属增材制造2022-2032：技术与市场展望》中表示，粘结剂喷射市场在中期将变得更具竞争力。 2022年，随着惠普设备的正式上市，中国已经有渠道可以购买。凭借早期因MJF技术塑造的良好口碑和打下的坚实基础，惠普在国内将会有较好的市场预期。但同时，市场也会对Desktop Metal所持续树立的批量化制造形象充满极大期待。在未来较长的时间内，这两家公司将会成为角逐全球粘结剂喷射金属3D打印制造领域的绝对主角。 对于国内该技术的发展，已经有了一定的进展。随着苹果公司关注这项技术，国内企业势必也将受到资本的关注。 无疑，粘结剂喷射金属3D打印技术将会塑造一个蓬勃发展的市场。   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.股票冲高！苹果或在使用中国金属3D打印机生产新款Apple Watch组件，引西方警惕 2.烧结，影响粘结剂喷射金属3D打印零件控形控性的重要因素 3.理光宣布突破6000和4000系铝合金粘结剂喷射金属3D打印成形 4.粘结剂喷射+CNC+智能分层，3DEO已发货超130万个3D打印零件

根据Wohlers Report 2021，铝合金构件占2020年3D金属打印总构件的11.6%，相比2017年快速增长了135%。倍丰科技针对这一快速发展的需求推出了适合3D打印专用的高强铝合金。  2017-2020年3D打印材料市场比重 倍丰科技创始人、澳大利亚工程院吴鑫华院士带领的研究团队成功开发出了牌号为GA570的高温高强的3D打印专用铝合金材料，立刻受到了包括美国通用，波音，雷神，赛峰等多家航空巨头的高度赞赏和重视。GA570材料强度达到目前可用于3D打印的铝合金材料中最高水平，抗拉强度稳定达到570MPa以上，延伸率稳定达到12%以上，制备的航空零部件通过了250℃高温下持续5000小时的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。   GA570热处理前后样棒室温力学性能 现有3D打印常用铝合金AlSi10Mg的屈服强度为260MPa，打印后的延伸率为4-6%，最高使用温度小于100℃，无论从性能上还是使用温度上，都无法满足航空航天铝合金产品的苛刻要求，而GA570的强度接近常用AlSi10Mg系铝合金材料强度的2倍。特别指出的是，GA570表现出了十分优异的高温使用寿命，对比目前适用于金属3D打印的Scalmalloy铝合金，其在250℃时的使用寿命仅为100小时，而GA570在同样温度下的使用寿命超过5000小时，极大提高了使用寿命。   性能指标 GA570 AlSi10Mg Scalmalloy 室温拉伸 屈服强度（MPa） 560 260 470 抗拉强度（MPa） 570 350 520 延伸率（%） 12 6 12 250℃拉伸 屈服强度（MPa） 180 不适用 120 抗拉强度（MPa） 250 不适用 150 延伸率（%） 9.5 不适用 9.8 250℃使用寿命（h） 25年 不适用 100 GA570力学性能与其它铝合金的对比 目前，GA570材料已连续打印各类产品两年多，产品得到了国内外航空航天和科研等领域客户的广泛应用和性能验证。两年多来，倍丰科技根据市场应用反馈，持续深入挖掘GA570GA570规模化应用潜力，优化升级材料成分，配套完善打印工艺和后处理工艺参数包（热处理工艺极为简便，比AlSi10Mg热处理工艺可减少75%以上的时间和能耗），并积极帮助客户完成高强铝合金航空航天等领域复杂构件研制工作。 GA570粉末和打印产品 GA570因其耐高温、高强度特点，当前其典型的应用案例为高效热交换器，一方面在相同的耐压条件下，可实现与常规AlSi10Mg合金相比更薄的壁厚，更轻的重量，并实现更好的换热效果；另一方面可取代原中温环境下使用的低传热系数材料钛合金和不锈钢，实现减重、高效传热双重提升。 GA570弥补了传统6系铝合金材料不能完全适用3D打印工艺缺点，同时解决了传统铝合金强度低、使用温度低等问题，是一种新型高强度铝合金材料，具有着广泛的应用前景。用该材料制作航空铝合金3D打印结构件，更有希望替代目前航空航天上的部分钛合金构件，达到航天航空领域降低重量与节约成本的目的。  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.工艺综述：近十种铝合金3D打印工艺汇总，阐述技术特点及应用方向 2.行业洞察：高强铝3D打印材料体系、市场化历程及其应用现状 3.盘点：2022年值得关注的3D打印新材料、新工艺和新应用突破 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

空间通信领域的竞争日益激烈，不断开发创新产品成为趋势。该领域应用的领先机构Thales Alenia Space总结了为设计、制造和测试与增材制造工艺兼容的紧凑轻型波纹喇叭而进行的工作。该研究以减小喇叭尺寸并保持传统波纹喇叭的主要性能为目的开展，设计了具有新轮廓的波纹喇叭，并采用铝合金3D打印一体成型。最终喇叭的长度减少了35%，相关测量指标测试符合要求，这种新产品对空间应用非常有吸引力。 喇叭天线在卫星通信过程中可以避免干扰其他通信系统，波纹状喇叭始终提供非常宽的频率带宽、低交叉极化水平、低旁瓣水平和低回波损耗，使其成为许多应用中非常有吸引力的解决方案。在过去几年中，优化仿真工具的使用已成为紧凑型波纹喇叭天线设计的一场革命。目前，由于优化工具的高度发展，波纹喇叭通常不再通过预先确定的轮廓来定义，并且通常将优化集中在每个波纹的内外半径作为设计过程中的变量。然而，波纹喇叭天线的整体尺寸正成为真正的关键问题。过去，波纹喇叭通常由锥形轮廓定义，当必须设计具有窄波束宽度的喇叭时，传统的锥形轮廓是巨大的，因为它们会导致窄的喇叭角和大的孔径，组件的尺寸会很大、质量重、制造困难且昂贵。 3D打印的铝合金天线喇叭概念模型 使波纹喇叭更紧凑的一种方法是使用混合波纹水平和垂直波纹。与典型的波纹喇叭相比，这种喇叭天线使性能显著改进，获得了相同的辐射性能。近年来，增材制造在太空应用中显著增长。喇叭天线通常是通过将高导电材料（例如铜）电镀到巨大的心轴上来制造的，之后必须用化学方法将其移除。对于波纹喇叭天线，很明显这些方法在技术上要求很高，且很耗时。增材制造通过逐层构建克服了这些问题，这使得创建复杂结构成为可能。Thales Alenia Space介绍了一种紧凑轻便的C波段波纹喇叭天线的新设计，其外形结合了与3D打印兼容的轴向和径向波纹。所创建的天线喇叭中包含了晶格结构，这种方案使喇叭在不使用支撑结构的情况下与增材制造兼容。45°波纹的倾斜对喇叭的射频性能和打印都有直接影响，因此有必要通过修改每个倾斜波纹的深度来重新优化其轮廓。先前在基于超表面的喇叭设计方面的方法开发有助于识别和改进喇叭的优化。   具有轴向和径向波纹的喇叭剖面示例 参考喇叭天线与紧凑型天线的比较   支持径向波纹的格子结构 喇叭天线是在3D Systems的DMP Factory 500上制造的，其成形尺寸为500 x 500 x 500 毫米。零件的材料选择了AlSi10Mg，以60μm的层厚打印，在不到72小时内完成。通过应用DfAM原则（增材制造设计）以及多公司之间的良好合作，零件的功能特性避免了对临时支撑结构的需要。这减少了后处理时间，从而减少了制造成本。RF法兰接口的表面质量对于高性能至关重要，该零件经过了CNC加工。3D打印紧凑型喇叭天线 多年来，Thales Alenia Space已经确定了增材制造解决方案在太空天线应用中的潜力。2022年，超过1500个3D打印组件已安装在Thales Alenia Space卫星上。天线产品的高度可定制性推动了非经常性设计成本，而生产量相对较低。增材制造使设计人员能够实现质量节省、紧凑性和技术性能增强。对于天线组件，质量节省通常会导致组装时间减少，其影响不可低估。虽然增材制造确实有设计限制，但它提供了一种灵活性，即形式服从功能，从而提高射频性能。 使用增材制造的主要优点是设计紧凑，非常适合于太空应用。与传统制造技术相比，其他优势包括质量节省和整体零件设计以及缩短的交货时间。演示器的复杂设计给传统技术带来了很多制造风险，而DfAM方法大大降低了制造风险。在生产成本方面，增材制造解决方案与机加工解决方案不相上下。但随着3D打印技术的发展，生产率和生产成本都在得到改善。 总的来说，本文介绍了一种通过增材制造制造的紧凑型C波段波纹喇叭的颠覆性设计。轴向和径向波纹的特殊性允许显著减少喇叭长度，同时保持与传统喇叭相同的射频性能。这种设计为卫星通信带来了多种优势，减少体积和质量以及节省成本和制造进度。该设计也是可3D打印的，可实现生产形式的多样化。 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： 1.380万欧元！空客大手笔签订3D打印零件制造合同 2.超高温SLS｜聚合物粉床3D打印技术的重要发展，以史玉升教授团队技术为例 3.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 4.62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

液态金属打印是一种新型但有前途的增材制造技术。该工艺的特点是，材料以线材形式送入，并在微铸造工艺中逐滴施加。 液态金属打印工艺属于金属基增材制造工艺，其中通过重复应用材料逐层构建组件。与大多数基于焊接的工艺相比，液态金属打印不需要高能量光源来熔化材料，因为材料是被熔化并逐滴施加的。这些组件是通过在构造方向上应用材料并结合高精度工作台来构建的。   液态金属打印功能原理示意图（来自弗劳恩霍夫 IGCV）  利用液态金属3D打印技术，可以实现液滴直径在500-750微米之间的近净形状生产，施用量高达400立方厘米/小时。该工艺的主要优点可概括如下： 生产时间短，订单率高； 生产过程中热负荷低； 与粉末和激光工艺相比，原材料成本更低（基于线材）。 采用液态金属3D打印技术加工铝合金，可以为航空航天、交通、能源等行业释放新的潜力。2022年，3D打印技术参考注意到，美国海军将基于液态金属3D打印的增材制造设备安装在了战舰上。 在一个名为“AluWireLMP”的项目中，Frauhofer IGCV（弗劳恩霍夫浇铸、复合材料和加工技术研究所）与项目合作伙伴 GROB-Werke GmbH & Co. KG（明德尔海姆）和 Gutmann Aluminium Draht GmbH（魏森堡）一起，致力于建立和鉴定新型工业相关的铝合金打印技术。为此，Frauhofer IGCV配备了格劳博GMP3000，作为首个用于液态金属3D打印的系统。 重点是通过确定和评估断裂伸长率、屈服点或拉伸强度以及密度和尺寸精度等部件特性来系统优化含镁铝合金的工艺参数和工艺资格。 液态金属打印的AlSi12测试样本，液滴产生和环境条件发生变化 该项目的目标是使用液态金属3D打印技术优化加工AlSi10Mg。为了接近和探索可加工的材料范围，当前研究的重点是AlSi12合金。研究人员将使用测试样本检查液滴驱动和环境条件对部件和工艺性能的影响。 面向应用的组件，由AlSi12打印，具有经过再加工的功能表面 目前，使用液态金属打印技术，可以制造密度超过98%的AlSi12组件。基于数字化建造模型，在没有支撑结构的情况下，在大约120分钟内制作出了面向应用的演示组件。 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.上舰 | 美国海军部署第一台金属增材制造装备——液态金属3D打印机 2.工艺综述：近十种铝合金3D打印工艺汇总，阐述技术特点及应用方向 3.上海交大采用国产装备开展铝合金蓝色激光定向能量沉积研究 4.科技讲台 | 纳米陶瓷铝合金的进一步研究，将带来轻量化材料的新一轮变革

近日，3D打印技术参考注意到，Oerlikon AM（欧瑞康增材制造）与ArianeGroup（法国阿丽亚娜航天公司），签署了一份价值高达90万欧元的订单，为后者的新型Ariane 6火箭生产3D打印热交换器组件。阿丽亚娜6型运载火箭是一种低成本运载火箭，地球同步轨道有效载荷运载能力为3~6.5t。由于采用小尺寸和全新技术，发射成本将比“阿丽亚娜5型火箭”降低了30%。与ArianeGroup的成功合作以及增材制造部件的使用是欧瑞康巩固其航天公司增材制造部件供应商地位的又一重要里程碑。 Ariane 6火箭 阿丽亚娜6号具有优化的灵活性和效率，以更为可靠且经济高效的方式将各种有效载荷发射到太空。Oerlikon AM的3D打印铝合金部件将作为机载设备的热管理装置（热交换器），保障火箭发射器达到预期性能要求。 01. 充分利用3D打印技术的制造优势 欧瑞康增材制造与阿丽亚娜6技术团队密切合作，确保热管理解决方案符合最严格的技术规范。在开发过程中，该团队利用了金属3D打印相对于传统制造的主要优势，例如增加设计几何自由度、最佳的重量优化和快速的交货时间。热交换器的全新紧凑设计非常适合安装空间有限的应用，这一点也充分利用了增材制造的优势。 02. 专为批量生产而设计 首次发射后，阿丽亚娜6号每年将经历几次发射，进入包括近地、地球静止转移和太阳同步等在内的多种轨道。因此，热交换器组件明确设计用于批量生产。欧瑞康增材制造公司将根据对火箭的预测需求，支持阿丽亚娜集团满足其未来几年的生产要求。阿丽亚娜6号预计将成为欧洲进入太空的领先解决方案，预计市场需求巨大。 03. 通往一级供应商之路的里程碑 欧瑞康增材制造公司董事总经理 Hendrik Alfter 表示，“为阿丽亚娜6号交付部件是一个重要的里程碑，因为我们巩固和扩大了公司作为航天工业系列部件可靠和创新合作伙伴的地位。推动二三类空间器件产业化是我们成功的前提。这些产品已经成为我们产品组合的一部分，使我们在短期内为行业提供飞行关键1级部件的道路上迈出了重要的一步。” 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.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力 2.「理光」欲将粘结剂喷射金属3D打印用于铝合金散热器制造 3.由GE赞助，排名第一的散热器有怎样的结构设计和材料布局 4.高导热、高强度——用于热交换器3D打印的「双两百」铝合金问世

导读：来自大连理工、江苏大学等机构的研究人员，通过脉冲激光-电弧混合工艺成功制备了高强度的Al-Zn-Mg-Cu合金。通过多尺度表征，详细讨论了微观结构和热处理对机械性能的影响。同时，结合熔池凝固模拟揭示了显微组织的演化机制。这项工作有望提出一种利用多能场混合调节高强度铝合金微观结构和力学性能的新方法。   https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103526  Al-Zn-Mg-Cu (7xxx) 合金具有超高强度、良好的加工性能和最佳时效硬化能力等优点，满足了大部分航空航天结构材料应用，正广泛用于替代较重的镍基和钛合金。增材制造技术能够缩短加工周期、实现灵活加工，已成为一种很有前途的制造方法，可以生产传统技术无法制造的大尺寸、复杂结构。与铸造和焊接领域类似，激光粉末床熔融(LPBF) 工艺因容易产生过多缺陷（如裂纹、孔隙）而不适合制造7xxx合金。 铝合金的可打印性与凝固间隔宽、热膨胀系数高、开裂敏感性高、熔体流动性差和热导率高有关。有研究人员采用LPBF工艺打印了7075 铝合金，发现裂纹易发生在柱状晶附近界限，参数优化后沉积样品内部仍然存在热裂纹。最有希望的方法是改变7xxx铝合金的成分或添加晶粒成核剂以降低热撕裂敏感性。但这种方法增加了制造成本，近年来通过电弧增材制造铝合金已成为重要的研究方向。 线材+电弧增材制造可以用于以更低的成本和更高的效率生产复杂部件。同时，电弧的热输入较大，熔池的凝固速率较低，这似乎理想的解决了7xxx铝合金在快速熔化/凝固过程中的热裂纹问题。但同时也由于高热输入导致了粗晶粒、气孔和元素偏析的产生，从而导致抗拉强度较弱。2022年，北理工的研究人员使用7050铝合金丝制备了无裂纹的薄壁样品，然而沉积的样品显示出机械性能较差的柱状晶粒；2020年，哈工大研究人员探讨了电弧增材制造的7055铝合金的微观结构演变，由于多次热循环，纳米级沉淀物分布不均匀。通过调整热输入可以控制7xxx铝合金的晶粒形态，在热输入减少的过程中，孔隙率降低，晶粒由柱状变为等轴状。 为了进一步提高7xxx铝合金的增材制造适用性，研究人员研究了多能量场混合来控制成形过程，发现层间轧制和超声能量的引入可以调节微观结构和力学性能，但结合激光和电弧两种热源来提升增材制造质量，比上述传统的能量场混合更具吸引力。3D打印技术参考此前已经介绍过，激光能够显著稳定熔池。利用连续激光-电弧混合工艺制备316L不锈钢，通过提高激光功率，可以细化重熔区晶粒尺寸，提高力学性能。将连续激光与圆弧同心定位，激光提高了液滴转移稳定性和沉积速率。与连续激光相比，脉冲激光的持续时间短、频率高，可以控制熔池流动和热输入可以在7xxx铝合金中产生独特的微观结构。尽管如此，脉冲激光-电弧混合增材制造仍然未能避免非平衡凝固。因此，为了获得具有优异机械性能的Al-Zn-Mg-Cu合金，通常需要进行后续热处理以产生纳米级析出物并析出强化。综上所述，有必要进一步研究微观结构的形成机制，以及它们与使用激光-电弧混合工艺和后续热处理制备的Al-Zn-Mg-Cu合金的力学性能的关系。 研究团队使用自主研发的激光-电弧混合增材制造系统，包括数控机床（CNC）、脉冲激光器、电弧焊机、自动送丝机。引导激光束和电弧之间的角度为55°，焊丝和电弧枪采用前送丝方式固定，数控机床实现了激光透镜和安装在其上的电弧炬的精确移动。基板在数控工作台的控制下移动。使用该系统制造了120×7.6×60mm的薄壁试样。  本研究使用的打印装置   (a) 晶粒形态演化示意图。(b) 柱状和等轴晶的反极图 (IPF)  沉积态和热处理后的 Al-Zn-Mg-Cu 合金的机械性能   研究发现，沉积态样品显示为交替显微结构，电弧区为粗柱状晶粒，激光区为等轴晶粒。通过模拟热历史，确定微观结构的形成机制主要是由于在脉冲激光持续时间内急剧的温度梯度和凝固速率以及加速的流体流动造成的。稳定的富Zn和Mg相分散在激光区的晶粒内，而在电弧区则形成复杂的连续网状。两阶段固溶和时效处理促进了大量棒状η' 纳米沉淀物和较小的针状GP-II区的产生。此外，研究表明，热处理不仅有助于同时提高强度和延伸率，而且还显著降低了各向异性。 测试发现，材料的极限抗拉强度达到 602.3 ± 7.6MPa，断后伸长率为8.90 ± 0.10 %，优于传统的锻造7075铝合金。该研究采用激光电弧混合方法还将适用于其他合金，并将在航空航天工业中有广泛的应用。 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.西交大：新型熔滴+电弧增材制造铝合金研究取得新进展 2.弗劳恩霍夫新工艺丨电弧+激光混合金属3D打印技术 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.西工大黄卫东、林鑫教授团队：3D打印Al-Si合金工艺–组织–性能量化关系研究

5月10日，3D打印技术参考注意到，由HRL实验室专为增材制造开发的7A77铝合金粉末已被正式授权用于生产一级方程式赛车零部件。 HRL材料科学家Darby LaPlant表示，这证明了7A77可以用于要求极其苛刻的应用。2019年10月， HRL开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料在高强度和低成本的锻造Al-7075合金基础上开发，因使用锆基纳米颗粒作为成核剂，避免了7075和6061铝合金在采用激光进行打印时出现的易开裂问题，可实现细晶粒微观结构，强度超过600Mpa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。 这一突破使锻造铝合金的性能、成本和规模优势首次具有增材制造的设计自由度。而一级方程式是最高级别的国际赛车，得到了国际汽车联合会 (FIA) 的认可，该机构负责审批可用于该赛事的材料。 被国际汽联批准的部分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、7A77 • 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。 HRL部门经理Toby Schaedler表示，“一级方程式赛车以总是挑战可能的极限而闻名，而增材制造为他们提供了一种机制，可以通过设计完全优化的结构来做到这一点。7A77合金的屈服强度为530MPa，是所有3D打印铝合金中强度最高的”。 HRL高强铝合金商业化始于2017年发表于nature的一篇关于铝合金3D打印的研究。受熔铸工艺启发，研究人员通过将纳米颗粒作为成核剂与液体金属混合来孕育晶种，从而实现在温度梯度较大和凝固速度快的非平衡条件下实现晶体精细生长，进而提高了产品的性能。   www.nature.com/articles/nature23894 该材料获得了航空航天等领域的关注，此前，利用7A77铝合金的固有热导率，HRL及其合作伙伴为航空航天用户开发了一项经过专门设计的机油冷却器。在这种设计中，合金的高强度满足了关键的爆破压力要求，同时能以与常规AlSiMg合金相比更薄的壁厚实现更好的换热效果。7A77铝合金的高屈服强度使热交换器设计人员将交换器的壁厚减少了50％，有效提高了传热性能。 除7A77外，近期由Constellium公司开发的Aheadd CP1高性能3D打印铝合金粉末也被获准用于生产一级方程式赛车，该粉末经Velo3D和PWR的认证可用于Sapphire系列3D打印机。Aheadd ® CP1是一种铝-锆-铁合金，专为激光粉末床熔融工艺设计，热稳定性高达300摄氏度，具有出色的耐腐蚀性、高度各向同性，打印部件具有出色的表面质量和稳定的微观结构。PWR将使用该合金为一级方程式赛车制造高效、紧凑和轻便的热交换器，并为其高性能客户制造各种其他部件。 HRL实验室是由波音公司和通用汽车公司联合拥有的研究实验室，将新材料的高性能、工业认可度和成本优势与增材制造的自由制造特点结合起来，是该实验室开发3D打印新材料的关键。 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.行业洞察：高强铝3D打印材料体系、市场化历程及其应用现状 2.深度好文：讲透3D打印高强铝合金究竟是什么材料 3.研究-激光粉床熔融过程中断不会显著改变AlSi10Mg铝合金性能！ 4.理光宣布突破6000和4000系铝合金粘结剂喷射金属3D打印成形

3D打印技术参考注意到，美国3D打印材料开发商Elementum 3D正式推出了一种不含任何稀有元素的A5083-RAM5的铝合金。这种创新合金的开发部分是在美国陆军的支持下进行的，它具有出色的可打印性、高度一致的材料性能和高强度，所有这些都不需要热处理。 Elementum 3D开发的3D打印铝合金 5083铝合金属于Al-Mg-Si系合金，具有良好的成形加工性能、抗蚀性和焊接性。优良的抗腐蚀性使该合金广泛用于海事用途，以及汽车、飞机焊接件、地铁轻轨等领域。 然而，传统的5083铝合金采用粉末床激光熔融工艺3D打印容易凝固开裂，因此固有成分使其不适合用于基于熔融的增材制造工艺。 Elementum 3D利用获得专利的反应性增材制造 (RAM) 技术，可制造出适合3D打印的纳米级增强材料，并具有精细等轴微结构以形成优异性能。3D打印技术参考注意到，所谓RAM技术是利用放热化学反应提高打印适应性并提高材料性能。RAM工艺可以制造先进的金属基复合材料，它结合了连续的金属基体和高强度增强陶瓷或金属间相。这种方法能够打印出兼具强度、韧性、刚度、抗疲劳性和高温性能组合的材料。 A5083-RAM5具有良好的各向同性且去应力退火前后性能一致 对于A5083-RAM5铝合金，则实现了5083铝与陶瓷分散强化的强度和刚度增强性能相结合。 同时，新开发的A5083-RAM5铝合金在水平和垂直方向，打印态和应力消除状态下都表现出一致的拉伸性能。新开发材料的强度明显高于锻造5083产品，打印后的A5083-RAM5的屈服强度是应变硬化锻造5083-H116的1.8倍；在应力消除状态下，屈服强度是锻造5083-O的2.9倍。 A5083-RAM5铝合金的发布使制造商能够使用高强度铝合金打印高级部件，同时减少后处理时间和成本。该材料设计用于传统上使用锻造5083合金的应用，包括压力容器、船舶部件、航空航天部件以及能源领域应用，这些行业将受益于这一新型铝合金的更高强度和设计复杂性的应用。 Elementum 3D开发的铝合金 金属基复合材料增材制造则有机会制造出更多的高性能合金。RAM技术利用熔池中的化学反应形成弥散强化金属基复合材料，从而形成优异的产品性能。需要指出的是，3D打印技术参考也注意到西工大凝固加工国家重点实验室也开发了一种策略，能够在无需热处理的情况下在打印过程中定制微观结构，可在不牺牲延展性的情况下有效提高强度，该研究将于后续介绍。 对于Elementum 3D公司的RAM原料，其专为优化粉末流动性和稳定性而设计，该公司的铝合金粉末有多种配方、尺寸和形状，可用于LPBF、DED和其他粉末增材制造工艺。 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.新的热处理技术，为3D打印的涡轮叶片「获得工业应用」扫清道路 2.3D打印+热处理，使IN718的高温力学性能达到锻件水平 3.研究人员使用SLM技术3D打印单晶纯镍及3D打印单晶热处理制度 4.西工大黄卫东、林鑫教授团队：3D打印Al-Si合金工艺–组织–性能量化关系研究

铝合金是一种重要的轻质金属结构材料，广泛应用于航空航天和交通运输等领域。行业的快速发展对铝合金零件的服役性能和制备过程都提出了更高的要求，传统减材制造已难以满足对铝合金零件高效敏捷、绿色环保的制备要求。增材制造作为一种新兴的快速成形技术，为铝合金零件的制备提供了一个崭新的思路。然而，由于增材制造的工艺特点和铝合金的本征性质，通过增材制造技术制备的中高强铝合金零件中易形成诸多缺陷，严重损害其力学性能，限制其实际生产应用。 北京理工大学程兴旺教授团队综述了增材制造中高强铝合金零件中的缺陷类型及其成因，并从优化工艺参数、合金成分和添加形核剂三个方面，重点讨论了目前消除增材制造中高强铝合金零件中缺陷，改善其力学性能的进展及发展趋势，并指出未来改善增材制造中高强铝合金微观组织和力学性能的努力方向应为综合调控工艺参数和合金成分，进一步探索增材制造铝合金的最佳热处理工艺，从而获得高强塑性增材制造铝合金。    增材制造中高强铝合金的缺陷 目前，增材制造中高强铝合金仍然存在一些不可忽略的问题和挑战。一方面，在激光／电子束增材制造过程中会引入很大的温度梯度和凝固速率，这将导致极高的冷却速率，因此容易形成柱状晶晶粒形貌；另一方面，由于中高强铝合金的某些本征性质，通过增材制造技术制备时容易形成各类缺陷而损害其性能。目前可用于增材制造的铝合金还局限于近共晶成分铝合金，如AlSi10Mg，AlSi12，AlSi7Mg0.3，Al-10Ce和Al-Ni合金等。 1. 热裂纹铝合金在增材制造过程中表现出极高的热裂纹敏感性，其中以凝固裂纹问题最为严重。热裂纹往往会沿着粗大柱状晶之间的晶界开裂，并贯穿于多层打印层之间，严重损害其机械强度、疲劳寿命和断裂韧度。铝合金极高的热裂纹倾向性主要与本征性质有关。2. 孔洞孔洞的存在也会 降 低 材 料 的 致 密 度 而 损 害 其 性能。中高强铝合金在增材制造过程中易形成匙孔、气孔和未熔合缺陷。  各类孔洞尺寸示意图：a）匙孔；b）气孔；c）未熔合缺陷 3. 元素挥发增材制造过程中的激光能量较高，若合金中某些元素的沸点低于合金母材沸点，则可能会发生选择性蒸发。铝合金粉末中的Mg、Zn等元素在较高激光功率熔融时易挥发 ，合金成分易发生波动而引起成分变化，这将改变材料的凝固组织、力学性能和耐腐蚀性等。 4. 氧化现象由于氧化铝的热力学稳定性较高，铝合金粉末表面极易产生氧化膜。尽管增材制造过程中不断充入惰性气体，但真空腔室中仍会有0.1%-0.2%的氧气残留，这导致在逐层打印过程中会发生氧化现象 。一方面，增材制造过程中的氧化现象会显著降低增材制造铝合金的零件质量；另一方面，打印层之间的氧化会导致下一打印层中的合金粉末颗粒团聚，使粉末分布不均匀，严重损害零件的结构完整性和精度。因此，抑制氧化膜的形成不仅可以提高增材制造铝合金零件的质量，还可以有效改善其力学性能。增材制造相关参数增材制造常规的工艺参数可分为能量相关工艺参数和几何相关工艺参数。能量相关工艺参数包括激光功率、扫描速度、束斑直径等，与金属粉末颗粒的逐点熔化有关，主要保证提供连续的能量输入；而几何相关工艺参数包括激光间隔距离、层厚、扫描方式等，体现了各扫描轨道和各层的熔融制造存在一定间隔。由于增材制造逐点、逐道次、逐层的制造特点，故在制造过程中存在本征的层间停留时间等非常规工艺参数，这些增材制造工艺参数也会对成品零件的微观结构和力学性能产生显著影响。 合金成分是关键要素 合金成分决定了溶质原子的分布情况和扩散过程，而溶质原子是产生成分过冷的根本原因，因此合金成分对晶粒形貌有着决定性作用。在增材制造中高强铝合金时，可以通过调控合金元素含量而优化合金成分，也可以通过添加形核剂而引入异质形核位点，二者都可以用于改善增材制造中高强铝合金的微观组织并提高其力学性能。 END 总而言之，工艺参数和合金成分是影响增材制造中高强铝合金的微观结构和力学性能的两个关键性因素，二者相互影响、相互依存，均通过控制热作用和溶质再分配作用而影响增材制造中高强铝合金的微观组织和力学性能。然而，当前有关增材制造中高强铝合金的研究中，针对工艺参数和合金成分的优化探索较为分裂，在未来，需要将二者相结合、相配合，以综合改善增材制造中高强铝合金的微观组织和力学性能。值得注意的是，增材制造铝合金时Mg、Zn等元素的挥发会使合金成分发生波动，在通过调控合金元素含量或添加形核剂而优化晶粒形貌的研究中，合金成分更是发生明显改变。此时，适用于传统铝合金的热处理方法已不再适用于增材制造铝合金，因此，未来需要进一步探索增材制造铝合金的最佳热处理工艺，从而获得高强塑性增材制造铝合金。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.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.西交大：新型熔滴+电弧增材制造铝合金研究取得新进展 3.西工大黄卫东、林鑫教授团队：3D打印Al-Si合金工艺–组织–性能量化关系研究 4.永年激光金属3D打印新产品和科技成果通过鉴定——国内领先、国际先进

4月17日，中国航天科技集团集团公司召开2023年度研发工作会，公布了2022年度十大技术突破项目评选结果，首都航天机械有限公司电弧增材制造技术入选，这也是该公司首次荣获集团十大技术突破项目。3D打印技术参考注意到，电弧增材制造技术正在被国内外航天领域加速使用。 开辟型号生产“快车道” 8年前，首都航天机械有限公司（以下简称公司）从零起步，开始电弧增材制造技术研究。在时任一院副院长兼总工艺师王国庆的带领下，公司确定了“航天高强铝合金”这一主攻方向。团队戮力同心，使这项技术在公司生根发芽、迅猛发展。一项项专利，一件件设备，一次次成功的工程应用，公司逐步打响了航天增材制造“金名片”。 电弧增材制造技术具有成形效率高、设备成本低、柔性制造等优点。近年来，航天任务呈高强密度态势，团队充分发挥电弧增材快速响应的优势，为型号生产开辟了一条“快车道”。 2018年12月初，长征十一号火箭遥五配重支架的生产任务到公司，产品生产周期紧张，采用传统的铸造、锻造制造方式难以满足快速低成本的交付需求。就在此时，电弧增材技术作为一种型号产品生产的新方法进入了设计及工艺部门的视野。团队与设计人员快速对接，明确工艺控制要点，制定工艺方案。从模型处理、路径轨迹规划、生产准备到产品完成成形，仅耗时2天。2018年12月22日，该产品通过飞行考核，这是电弧增材制造产品首次在国内航天领域得到应用。 出流底盖是载人登月火箭的关键复杂产品。以往，该产品采用旋压成形，需要新制工装，研制周期长达半年，耗费60万元成本。团队应用了独立研制的“机器人+变形机”为核心的高效电弧增材制造系统，在成形过程中在线测量调整，仅用1个月就完成了复杂结构的研制，减少40万元的成本。 在重点型号领域的应用上，电弧增材技术也成绩斐然。重点型号的很多大型铝合金舱段都是内加筋结构。该结构是曲面，非规则分布、异常复杂。当时，国内主流的增材制造路径规划软件只能实现平面结构的成形。公司电弧增材团队与外单位合作，成功开发出基于曲面结构特征的径规划软件，解决了内加筋结构电弧增材制造难题。 某型号多功能舱呈细长型，中间的隔板结构十分复杂。上一个制造公司采用铸造的传统方法，通过7次技术迭代，耗时1年才完成生产。公司根据产品特性，改造电弧增材设备平台，设计成形路径，仅用2个月就完成功能舱生产，一次性通过气密液压试验，用优异成绩证明了技术实力。 电弧增材卫星支架 截至目前，公司已有11件电弧增材产品通过飞行考核，成功率达100%，支撑构建了我国航天型号快速响应发射能力。 迈开市场化步伐 2019年，公司开始部署增材制造领域全方位的能力提升，推动组织机构的调整。新成立增材制造分公司迈开市场化步伐，大力开展装备输出、技术输出，不断释放活力。 首都航天机械有限公司廊坊增材制造分公司 2020年8月，南昌航空大学来公司开展调研。调研组被公司先进的增材制造设备和产品吸引，在肯定公司技术实力的同时，提出了采购电弧熔丝增材制造装备的需求。在此之前，公司乃至整个航天系统都没有此类装备输出的先例。团队积极主动与客户沟通，制定了完善的技术方案。无论是整机设计，还是硬件集成和软件开发，都是根据需求量身订制，凭借过硬技术赢得了客户的信任，成功中标，实现了公司增材制造装备输出零的突破。 今年是增材制造分公司成立的第3年，团队瞄准非标装备研发方向，继续深入挖掘潜在客户，向更广阔的市场主动“进军”。“目前，我们的电弧增材装备已经在国内打开了市场，有了一定的知名度。”团队带头人王福德总工艺研究师骄傲地说道。 团队输出的产品有4种。柔性可扩展熔化极设备是主推的“明星产品”，它适用于大部分金属材料，有可拆卸的柔性平台，能加工1.2到2.4米的产品，具备在线监测、除尘等多种功能；非熔化极电弧增材设备则是易氧化材料加工的“主战场”；双路沉积设备适用于大尺寸复杂产品生产，成形幅面达到4米乘2米，是“进阶版”用户的首选；增减材复合制造设备将电弧增材、热处理、产品检测等多个工序集成，实现了整条生产线输出，大大提高了经济效益。2023年，公司还将完成4套电弧增材制造装备的商业竞标，未来产业化推广前景广阔。 熔化极电弧熔丝增材装备（左）、非熔化极电弧熔丝增材装备（右） 多年攻关过程中，公司电弧增材技术已达到国际先进、系统内领先的水平，在材料、工艺等方面形成10项标准，充分发挥了内部规范和外部引领的双重作用。电弧增材制造工艺对丝材质量要求更高，普通的铝合金焊丝难以满足要求，容易产生气孔、裂纹等缺陷。团队成员李权博士在参加学术交流会期间，注意到合金元素含量对铝合金性能的影响。受此启发，团队进一步研究丝材成分，提出了“高纯、降铜”抑制层间偏析的制造路线，研制出了适用于电弧增材的焊丝，成功解决了产品力学性能难题。新丝材将产品力学性能各向差异降到3%之内，产品抗拉强度达到440兆帕，延伸率达到10%。团队申请了国家发明专利，制定出首个集团级电弧增材制造丝材标准，确保今后的选材有据可依。 未来，公司将继续面向工程一线，开展电弧增材技术研发，不断完善“材料-工艺-装备-标准”技术体系，努力为航天高质量发展做出更大的贡献。 注：本文内容来自首都航天机械有限公司，转载已获授权。 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.视频：ORNL使用3组机器人，电弧3D打印大尺寸金属零件 2.西交大：新型熔滴+电弧增材制造铝合金研究取得新进展 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.电弧增材如何实现基于三维数据的离散堆积或层叠3D打印？