孔隙一直被认为是金属3D打印的不利因素，这种缺陷不仅会导致致密度降低，还可能成为循环载荷条件下的裂纹萌生点，因此对疲劳寿命产生不利影响。然而，NASA喷气推进实验室（JPL）的研究团队展示了最新的研究成果，将孔隙这一不利因素充分利用，使其对3D打印的零件起到积极作用。研究分别给出了激光粉末床熔融工艺下AlSi10Mg、316L不锈钢、Inconel625和Ti6Al4V不同工艺条件下的孔隙率水平，并描述了预测多孔材料特性的模型。 按照NASA JPL团队的描述，多孔材料并非一无所用，在轻质结构、毛细管结构、通气或过滤器组件以及医疗植入物和组织工程中，材料孔隙率是必要的特征。多孔材料的另一个主要应用是两相热流体控制装置，如热管和蒸汽室。在许多应用中，多孔材料的设计是需要控制三个要素：有效孔隙半径、渗透率和孔隙率。 NASA JPL团队3D打印的具有多孔特征的试样 对于热流体应用，如果需要较大的毛细管压力差，则有效孔隙半径应较小。轴向液体流动阻力是渗透率的函数，渗透性决定了穿过显微结构的液体压降，因此决定了液体传输能力。孔隙率有助于提高导热系数、屈服应力并减轻重量。这些多孔特性以非线性方式关联，设计人员必须始终在这些竞争因素之间进行平衡，以获得应用组件的最佳设计。 JPL 团队已经提交了多项专利，其中包含这项技术的应用。研究团队还展示了采用该技术制造的3D打印实心多孔金属NASA/JPL杯垫的正反面，它可以吸走杯子下面的水分。 NASA JPL团队3D打印的具有多孔特征的杯垫 多孔材料制造最常用的方法是“烧结粉末”技术，颗粒混合物被压实并烧结在一起。然而，这种工艺制造的零件内部结构较为随机，会使零件的流体热行为不均匀。此外，几乎不可能制造出由固体和多孔材料组成的整体件。这限制了多孔材料的使用，并给包括多孔结构的设计带来了困难。原则上，SLM金属3D打印技术的使用可以克服这些问题，因为它可以完全控制多孔材料的整体结构。 目前已有许多使用SLM技术制造多孔材料的研究。报道最多的方法是通过设计和打印具有最高激光分辨率的多孔结构，这种方法通常是通过开发具有定义的晶格结构来实现的。使用这种方法制造的多孔结构已成功制造，并已被证明可实现100μm或更大的孔半径 。该技术存在两个限制：（1）孔径受到设备分辨率的限制；（2）需要构建整个多孔结构零件的模型。 采用结构设计实现的多孔结构 另一种3D打印多孔材料的方法是调整激光参数，使粉末材料不被完全熔化。使用优化的激光参数，已经证明可以生产有效孔径小于10μm的多孔材料。此外，该方法不需要对多孔部分进行详细的CAD设计，显著降低了计算成本。尽管与前一种方法相比有优势，但后一种方法产生的多孔特性和激光参数之间的关系在以往研究中并未明确。目前还没有全面的参数优化研究来了解激光参数和多孔性能之间的关系，并改进微结构的制造和设计。 通过工艺控制实现的多孔特征零件（来自KIT） JPL 团队的研究工作就在于系统解释了这些多孔结构与激光参数之间的关系。根据实验数据，有一系列的能量密度可用于为每种材料构建多孔特征。该能量密度范围存在上限和下限，在此范围之外，粉末材料要么过度熔化（导致所有孔隙率丧失），要么熔化不足（无法形成连续结构）。 通过SLM制造的AlSi10Mg、不锈钢、In625和Ti6Al4V多孔材料的实验和分析研究 为了建立能量密度和所需孔隙率水平之间的相关性，研究团队绘制了总孔隙率、激光功率和能量密度之间的关系图。研究表明，决定孔隙率的关键参数不仅仅是能量密度，还有激光功率。孔隙率在相同的能量密度下是可变的，特别是当激光功率较低时。例如，当激光功率为57-228W且能量密度相同时，AlSi10Mg的孔隙率在 26.9-12.2%之间变化。对于Inconel625和Ti6Al4V，在相同能量密度下，当激光功率小于150W时，孔隙率也是可变的。另一方面，当激光功率较高时，孔隙率几乎是恒定值。例如，当激光功率在228-342W、能量密度为20J/mm3时，孔隙率约为10% 。在其他材料中，当激光功率在相同能量密度下超过阈值时，孔隙率是恒定的。这表明当激光功率低于每种材料的阈值时，实际应用于粉末的激光功率可能不是设定值。较低的激光功率可能容易受到熔化热扰动的影响。为了减少构建误差，希望激光功率高于图中的阈值。换句话说，当激光功率超过阈值时，相同的能量密度可能会产生相同的孔隙率。 最后，使用本研究的技术已开发出了实际应用，并已成功用于两相热控制装置的制造。通过增加对如何制造和控制多孔材料的理解，可以提高使用3D打印技术制造新型多功能零件的能力。 注：研究原文已上传QQ群。 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QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.3D打印研究成果下载：花费5年、1720万欧元，提交5500个样本，专注于缺陷和工艺分析 3.爆款集结！中国3D打印机大厂纵维立方春季发布多款新品 4.3D打印复杂结构热交换器并将其一分为二

近日，德国3D打印技术咨询公司AMPOWER发布最新市场报告与更新版的工艺技术全景图，涉及几十种工艺、数百家企业。3D打印技术参考第一时间对技术全景图进行了编译，并分析了近年来新技术的发展概况。 就金属而言，工艺种类按照材料形式分为7大类，总数量相比2019年增加3种，达到21种。对于依赖的能量类型，不局限于激光和电子束，还包括电弧、超声波、后烧结、搅拌摩擦等等类型。新增加的工艺分别为区域SLM金属3D打印、模具浆料沉积以及基于DLP的金属立体光刻技术。在3D打印技术参考此前的文章中，对这些技术均已进行过详细介绍 金属增材制造技术全景图（版权归属：Ampower，3D打印技术参考编译） 从事SLM技术的公司数量增加较为明显，多家国内公司容纳其中；从事粘结剂喷射的知名公司并不多，理光和Meta Additive是刚刚加入的新玩家，但不可否认，很多其他参与者较为低调，并未登上该榜单；而基于DLP的金属立体光刻技术，则是近几年新开发的新技术，尤其适合超精密金属3D打印，Incus和MetShape是该工艺的典型代表；区域金属3D打印、搅拌摩擦焊和金属纳米粒子喷射技术基本各被一两家公司掌握。 聚合物增材制造工艺同样以材料形式进行分类，共七大类16种，相比2020年进行了重新划分。就传统光固化技术而言，体积3D打印技术来的较为突然，一家名为XoLo的公司榜上有名，虽还未成就一定的市场，但潜力无限。该榜单对国内的一些知名企业存在遗漏，如从事DLP的Rayshape，从事材料喷射的赛纳三维以及从事连续纤维挤出的一些企业；先临三维、黑格、清锋科技等榜上有名。从事粒料挤出和面曝光工艺的公司有所增加。 聚合物增材制造技术全景图（版权归属：Ampower，3D打印技术参考编译） 实际上，除了几种当前较为罕见的工艺，国内目前对3D打印工艺种类的覆盖较为全面，且均有非常不错的顶尖产品。AMPOWER最新报告指出，增材制造市场在疫情爆发的第二年开始复苏，2021年全球金属和塑料增材制造市场价值 83.3亿欧元，同比增长超过16%。Wohlers 2022指出，2021年全球增材制造行业增长19.5%，高于2020年的7.5%，达到152亿美元；同时，2021年聚合物粉末消费量增长了43.3%，超过了光聚合物成为最常用的增材制造材料。 另据报告，截至2021年可用于3D打印的材料种类达到2486种，其中包含988种金属、1222种聚合物以及219种复合材料。材料和工艺的成熟，带动了3D打印应用的进步，2020年3D打印服务市场规模约为74.54亿美元，服务已经成为行业发展的重要推动力量。 AMPOWER是除Wohlers之外另一家专业的增材制造技术市场统计与咨询公司，在3D打印技术参考看来，前者对技术本身以及技术对市场的影响分析，前者具有更高的见解。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.2020年全球3D打印市场规模（设备、材料、服务）发展情况 3.按专利数据，3D打印已跌出2021年增长最快的20项技术，中国全球排名第四 4.行业Insights｜新能源汽车企业对3D打印技术的需求相比传统车企更为迫切

2月8日，美国白宫发布更新版《关键和新兴技术清单》(Critical and Emerging Technologies List，简称CET List)，这或为即将出台的美国技术竞争力和国家安全战略提供信息支撑。 美国为了编制这份更新版的CET清单，动用了众多职能部门。包括来自总统执行办公室的18个部门、机构和办公室的专家以及国家安全委员会的相关部门。在过去一年里他们推动了广泛的跨机构审议过程，确定了可能对美国国家安全至关重要的CET分支领域，3D打印技术再一次被纳入其中。 3D打印技术被确定在先进制造名录下，其他先进制造技术还包括可持续制造、智能制造和纳米制造。 3D打印技术不仅被列入了名单，而且它对文件中的其他几项新兴技术至关重要，如先进工程材料、自主系统和机器人、生物技术、通信技术、可再生能源发电和存储、空间系统、半导体和微电子。 虽然3D打印在其中一些领域的应用仍处于起步阶段，但该技术有望在许多已确定的领域提供广泛的应用和研发机会。介于清单中再次包含增材制造，以及其对其他技术领域的重要作用，表明该技术在帮助美国实现其国家安全目标方面的潜力越来越大。 美国《关键与新兴技术清单》2020与2022版对比（来自道琼斯风险合规） 美国军事组织确实在借助3D打印技术实现国土安全方面动作频繁。 2021年6月10日，美国防部研究与工程副部长办公室发布国防部5000.93指示《增材制造在国防部的使用》，该指示作为首份面向增材制造（AM）的顶层政策文件，就增材制造在国防部的实施和应用制定政策、明确责任并细化程序。 美国陆军不仅要求3D Systems开发9激光器1m*1m x 0.6m的大型金属3D打印机，同时投资建造目标尺寸9 x 6 x 3.6 m的世界最大金属3D打印机； 美国空军则大力开发连续复合材料3D打印，用于无人机机翼成型，并且与GE公司开展金属3D打印探路者计划； 美国海军2021年与Stratasys达成25台2000万美元的历史最大政府3D打印机购买交易，这份合同甚至是Stratasys迄今为止最大的政府项目。 此外，美过国防部还授予ExOne粘结剂喷射3D打印移动方舱的制造合同，用以开发一个完全可操作的3D打印移动“工厂”，支持陆、海、空直接部署在野外，支持战区、灾难救济或其他远程零件制造任务。 由此可见，美国军队从最高决策层到各军种对这项技术都格外重视。 美国确实在3D打印技术的某些领域保持着全球领先地位。 大型连续纤维3D打印技术 连续纤维3D打印技术综合利用工业机器人、末端执行器、原位检测、智能监测与机器学习等技术，能够快速输送、沉积连续纤维增强体。美欧3D打印技术开发商与机器人制造商已共同开发了一系列先进的连续纤维3D打印设备与制造工艺，诞生了Orbital Composites、Continuous Composites、Arris Composites等公司。在该技术领域，我国发展滞后。 增减材3D打印技术 该技术在航空航天、军事等领域具有重要价值，并因此名列2020年的出口管制名单。美国洛马公司、HybridManufacturing Technologies、Fabrisonic、Relativity Space等公司在该领域都颇有建树，尤其以Relativity Space世界最大金属3D打印机最为知名，借助强大的增减材混合制造能力，该公司能够在30天内打印出整个火箭整流罩，并能在短短60天内生产出整枚火箭。 粘结剂喷射3D打印技术 美国在该技术领域保持绝对领先地位，几大粘结剂喷射3D打印的供应商，Exone、Desktop Metal、GE Additive、HP均是美国企业。该技术能够有效解决3D打印工艺过程中的高成本、相对较长加工周期的问题，从而将金属3D打印推向批量化生产。这项技术被汽车行业广泛看重，福特、大众等公司也与相关企业展开了相关合作。而在同技术领域，国内目前鲜有可商业化的产品。 无支撑金属3D打印技术 不需支撑或少支撑进行大尺寸金属3D打印对许多工业最终用户来说非常有吸引力，此举在增加设计复杂性、简化后处理方面至关重要。美国Velo3D公司在该技术领域保持绝对领先地位，国内鲜有该方面的技术，更无产品。通过集成质量保证体系及先进的软件系统以及无支撑技术，该公司获得了来自航空航天和能源市场的充足客户。 3D打印仿真软件 3D打印工艺仿真主要研究加工参数、粉末、几何构型等因素对于宏观变形、残余应力、部件微观内部金相组织及性能的影响，对于零件控形控性研究与生产具有重要价值。在该技术领域，美国有ANSYS、Netfabb等成熟的解决方案，而我国目前还处于研究阶段。 先进设计软件 面向增材制造的先进设计工具集合了强大的几何建模和仿真分析功能，并在充分考虑增材制造工艺特点的基础上，帮助工程师快速掌握面向增材制造的设计方法，充分发挥增材制造带来的广阔自由度，同时可重复使用的工作流使设计流程走向自动化。美国nTopology是知名的优化设计平台，此软件开发出了一些列优秀的设计，在技术领域国内存在很大差距。 此外，在3D打印应用环节美国也具有领先地位，来自航空航天、汽车行业的用户积极推进该技术在产业链中的应用，并诞生了多个批量化生产的案例。 不过，经过多年发展，国内3D打印技术也获得了突飞猛进的发展。 此前，美国在树脂喷射、高性能线材挤出领域保持多年优势，随着中国远铸智能、上海复志、赛纳三维等企业的崛起，该领域已经度过了追赶期； 在高速光固化技术领域，美国Carbon公司遥遥领先，并在材料、设计领域保持先进性，中国在该技术领域较为知名的是清锋时代。 在材料领域，此前高质量的3D打印材料多依赖进口，但随着宝航新材料、康普锡威等本土品牌的快速成长，钛合金3000元/公斤以及高端材料依赖进口的时代一去不复返。 在金属3D打印领域，国内开发商也已经实现了独立自主，在国内大有完全替代进口品牌的势头，无论在打印尺寸、激光器数量和制造效率、质量方面也与国外相当，甚至有超越之势。 对于高端制造，我国同样也将部分3D打印技术纳入了“限制出口技术目录”。 最为知名的当属王华明院士采用3D打印制造大型整体钛合金结构件的技术，该技术使我国在大型飞机承载结构设计和制造方面赶超国外；此外，由武汉天昱智能制造有限公司与华中科技大学合作开发的微铸锻铣一体化增材制造机床也被列入了中国“限制出口技术目录”，该技术突破了传统增材技术无法制造锻件的瓶颈，一经问世便获得了GE、空客、商飞、西飞、成飞等大型企业的高度关注。 对于3D打印技术的发展水平，中国在某些领域已居全球领先水平，但在某些技术层面则确实存在差距。尤其在技术层级的发展上，中国一直在追逐美国的脚步，当我们大力发展起某项技术时，发现对方已经换了思路，开辟了新的技术领域，这种现象值得我们深思并作出改变。 美国发布的这份更新后的清单不应被解释为政策制定或资助的优先清单，但它确实清楚地表明了美国为加强国家安全而关注的领域。在制定研究和推进支持国家安全任务的技术计划时，美国部门和机构可参考这份清单。拜登政府同时也是在告知盟友和合作伙伴，促进和保持共同的技术优势，保护敏感技术不被挪用和滥用。这也意味着美国一些全球领先的3D打印技术及其产品可能对中国实行禁运。 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QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 3.武器准备专题四：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 4.珠海航展上的大尺寸金属3D打印零部件背后的制造故事

金属三维晶格结构具有比强度高、机械效率高、能量吸收能力强等优良的力学性能，在轻型航空航天、交通运输结构、冲击防护装置等多种工程领域具有广阔的应用前景。实际上，金属晶格结构已经成熟用于我国航天器结构产品。 晶格结构特性与能量吸收能力 晶格材料最重要的特性之一是能量吸收能力，其特征在于压缩过程中能够吸收或耗散机械能。已经证实，大多数晶格结构，如金字塔晶格、三维Kagome晶格、四面体晶格以及钻石晶格等，可以通过改变长径比或晶胞大小等几何参数获得非常优异的能量吸收性能。 此外，可设计的具有晶格结构的夹芯板也被证明具有出色的能量吸收性能。除了几何参数外，还可以通过复杂结构（如梯度结构、金属泡沫填充结构、多层结构和不同的单胞结构）来调整能量吸收性能，其已被证明在能量吸收方面比单一晶格结构更有效。 △左右滑动查看更多，分别为3D打印的梯度晶格结构、点阵填充结构以及夹芯板点阵结构 另一种提高机械性能或能量吸收能力的方法是修改连接支柱的节点结构，当受到压缩或冲击载荷时，通常会出现应力集中，该方法相对简单，但在提高金属晶格结构的能量吸收能力方面非常有效 晶格结构的制备方案传统工艺与3D打印各有局限 到目前为止，已经有几种制造金属晶格结构的技术，包括冲压成型、挤压结合线切割、扩展板折叠和熔模铸造。除了铸造之外，这些技术还必须使用粘合或焊接技术来组装支柱以形成晶格结构。在加工过程中，连接点通常对缺陷敏感，例如对气泡和微裂纹，导致晶格结构的整体机械性能减弱。对于熔模铸造技术，由于技术本身的限制，电解槽配置不能太复杂。 3D打印技术的出现使晶格结构的制造不再困难，而且它不需要结合传统工艺。然而由于可成型材料有限，该技术在制造晶格结构方面仍然存在不足。 为了克服增材制造和熔模铸造的局限性，近年来开发了一种将3D打印与熔模铸造相结合的新技术。在该技术中，首先通过3D打印制备低熔点树脂基晶格结构，然后用其制作陶瓷外壳模具。最后，熔融金属在压缩空气的作用下渗入模具型腔，金属凝固后，去除外壳就得到了金属晶格结构。除了能够产生任何复杂的构型之外，该方法对材料的选择几乎没有限制。 3D打印与熔模铸造制作晶格结构 3D打印+铸造制作的铸铝晶格结构 为了进一步比较晶格结构不同制备方法引起的力学性能和能量吸收差异，3D打印技术参考了解到，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所材料物理重点实验室与中国科学技术大学研究生院合作，通过3D打印结合熔模铸造和直接金属增材制造，制备了三种支柱材料的增强型棱锥晶格结构，通过有限元模拟对压缩行为和能量吸收特性进行了理论分析和实验验证。 不同工艺制造晶格结构的性能差异 采用直接3D打印和3D打印结合熔模铸造两种技术制备晶格结构样品。前者使用BLT-A300打印机，材料选择适用于3D打印的AlSi10Mg粉末；后者使用了铸态AlSi10Mg合金和7005铝合金。 为了了解本研究中使用的不同铝合金的机械性能，进行了拉伸实验。相关应力-应变曲线显示，直接金属3D打印的AlSi10Mg强度和刚度最高，但延展性最低；相反，铸态AlSi10Mg合金的延展性最高，但强度最低，7005铝合金具有中等强度和延展性，仅介于另两种材料之间。 不同铝合金的拉伸试验：(a)拉伸试样的几何尺寸；(b)应力-应变曲线 晶格结构的机械性能可以通过节点增强来提高。在这项研究中，制备方法和支柱材料的影响是关注的焦点。通过增强型金字塔晶格结构和通常结构的对比可以看出，增强是通过向节点逐渐增加支柱的直径来实现的。 金字塔点阵结构的特征：左边是普通星，右边是增强型 晶格结构的相关几何参数定义如下：de和dm分别代表支柱端部直径和中部直径；L、H、θ分别表示底面的宽度、晶胞的高度和支柱与底面的夹角；Le和Lc分别为支柱的有效长度和等径长度。为了研究几何参数的影响，de的值从1.4毫米到1.8毫米不等，间隔为0.1毫米，其中1.4毫米也是用于比较的常用金字塔结构的直径。当de增大时，dm减小以保持晶格结构的相对密度不变。θ值在35°到55°之间变化，间隔为10°。 四组样本，A、B、C和 D，节点增强型金字塔晶格结构 A、B、C 组 EP 晶格结构的变形过程与仿真结果 三种支柱材料中的增强晶格结构通过两种制备方法制备，通过有限元分析和压缩实验系统地研究了制备方法、支柱材料和几何参数对压缩行为和能量吸收的影响，主要结论总结如下： (1) 与金属增材制造相比，3D打印结合熔模铸造的制造方法消除了金字塔晶格结构应力应变曲线平台阶段的应力波动，甚至增加了大倾角下的能量吸收。然而，抗压强度同时降低。 (2) 增加增强型棱锥格构结构的倾斜角度可以缩小承载能力的差距并提高能量吸收。对于铸态7005铝合金晶格结构，在压缩过程中发生脆性断裂，导致能量损失 (3) 增强型金字塔晶格结构的端部直径对抗压强度和能量吸收至关重要。加厚端部直径在一定程度上降低了节点附近的应力集中。 (4) 能量吸收图中肩部点相对于倾角的包络线是一条直线。能量吸收图表明，对于AlSi10Mg，当σ/ES<1.48×10时，3D打印结合熔模铸造是更好的选择，相反可以考虑金属增材制造。当σ/ES>6.84×10时，使用铸态7005铝合金是一种折衷方案。 (5) 理论方程和有限元分析与实验结果一致，可用于预测节点增强锥体晶格结构的力学和能量吸收特性。 END 蜂窝点阵材料由于具有低密度、高比强度和多孔等优点，已成为重要的结构和功能材料。常规的蜂窝材料主要是泡沫、海绵和蜂窝体，其通常用于功能目的，例如声障、防振装置和冲击保护装置，3D打印技术参考此前也做过多次报道。对于泡沫金属和海绵，孔的形状、大小、数量和分布等孔结构本质上是随机的，换句话说，它们几乎是不可控的，而对于蜂窝，孔分布和力学性能具有很强的各向异性。这些特性在一定程度上限制了传统金属蜂窝材料的应用。 3D打印晶格结构将是这些问题最理想的解决方案之一。它们具有精确设计的晶格结构、几乎无限的基质材料、优化的性能，并且可以通过许多工业规模的技术进行制造，这使他们成为航空航天许多工程领域的重要应用方案。 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： 1.3D打印点阵结构：材料疲劳容限设计与制造的力学性能综述 2.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 3.一种特殊晶格结构的3D打印散热器，既提供刚度，又增加传热面积 4.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构

本期，3D打印技术参考总结了2021年3D打印技术值得关注的十项重要科研成果，涉及增材制造应当遵循的“串/并联式路线”、微结构立体光刻3D打印技术的进步、金属纳米结构和软体机器人直接3D打印、超材料和结构材料增材制造以及新材料方面的创新等，并介绍了这些研究可能带来的影响。其中来自国内的研究新上一个台阶，标志着我国在该领域的部分研究已经走到了世界前列。 1. 顾冬冬教授《Science》介绍“材料–结构–性能一体化增材制造”并行模式 2021年5月，《Science》发表了南航材料科学与技术学院、江苏省高性能金属构件激光增材制造工程实验室顾冬冬教授团队的研究综述论文《材料–结构–性能一体化激光金属增材制造》。标志着南航在基础研究和重大成果方面取得新突破。南航是本文第一署名单位，顾冬冬教授为本文第一作者和通讯作者。 传统增材制造遵循典型的“串联式路线”，即结构设计–材料选择–加工工艺–实现性能；但因材料、结构和工艺等多因素耦合规律复杂，激光增材制造精确成形需反复试错，造成金属构件高性能目标实现困难。为对应上述挑战，该研究提出了“材料–结构–性能一体化增材制造”（MSPI-AM）这一整体性概念，其概念性创新在于：变革传统的串联式增材制造路线，发展新的“并行模式”，在复杂整体构件内部同步实现多材料设计与布局、多层级结构创新与打印，以主动实现构件的高性能和多功能。 3D打印技术参考评选理由：同期《Science》主编以“跨尺度调控”为题，对论文做了亮点评述，认为激光增材制造有望变革零部件的设计方式。这种更为综合的方法以主动实现构件的高性能和多功能，将有助于减少制造所需的工序数量，并扩大可用于最终应用零部件的结构类型。 2. 美LLNL国家实验室：通过光束整形，实现更好的光热控制，3D打印更光滑、孔隙率更低的超高密度零件 劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）研究科学家表示，使用高斯光束特别像用喷火器来烹饪食物——难以很好地控制热量在目标材料周围沉积，从而导致较大的温度梯度以及熔池不稳定，造成气孔等缺陷的形成。而使用贝塞尔光束，则可以显著扩展激光扫描参数，避免传统光束带来的诸多问题，通过将一部分能量从中心重新分散出去，可以设计热剖面、降低热梯度，以助力微观结构晶粒细化，最终形成更光滑的表面、获得更致密的元件。此外，传统光束的另一个缺点是它们在传播时易衍射，而贝塞尔光束因其非衍射特性提供了更大的焦深。 LLNL的研究人员探索高功率激光打印（如粉末床激光熔融L-PBF）中常用的高斯光束的替代形状，以解决此问题，他们的最新研究被发表在《Science Advances》上。这项研究解决了金属增材制造领域中光学物理和材料工程之间脱节的问题，通过整合、设计光束形状来实现对熔池动力学的控制。经过整形的光束使熔池湍流和飞溅显著减少，同时，使用贝塞尔光束比传统高斯光束制造的零件更致密、更坚固，并且具有更强大的拉伸性能。 3D打印技术参考评选理由：在传统SLM技术走向更大尺寸、更多光源的背景下，对成型机理的研究依然重要。通过结合简单的光学元件进行光束整形来提高L-PBF 3D打印金属部件的质量，具有更高的成本效益。坚固且无缺陷的零件生产以及以经济高效的方式打印大型结构是大势所趋。 3. 刘锦川院士团队《Science》：利用一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 2021年10月，香港城市大学刘锦川院士团队在”利用增材制造设计成分调制钛合金“方面取得重大进展，创建出了一种具有独特微观结构的钛合金，在保持高强度的同时显著提高了延展性，达到约1.3GPa的高拉伸强度、约9%的均匀伸长率和超过300MPa的出色加工硬化能力。该研究在国际顶尖期刊《Science》上发表。 通常而言，金属材料中的成分不均匀性往往被看做材料内部的重大缺陷，是研究人员一直所努力避免的。然而，材料的成分不均匀性却很少被积极地利用起来作为有效的合金设计方法。一方面，这是由于人们对成分不均匀性的积极作用缺乏足够的认识；另一方面，也是因为传统的铸造、锻造等方法往往无法对材料内部的成分波动实现人为有效的调控。增材制造过程中所固有的金属粉末快速融化和凝固过程，以及超快的冷却速度，为研究人员提供了这样一种有效调控成分波动的手段。基于这种全新的思路，研究人员尝试在3D打印过程中采用两种常见合金粉末（Ti64和316L不锈钢）进行混合打印，并通过特殊的打印参数，创建了一种超级钛合金结构。3D打印技术参考此前曾对该研究进行了相关介绍，点击下方图片可查看详情。 3D打印技术参考评选理由：研究者创造性地将成分调制的概念和3D打印结合起来，另辟蹊径地设计出了一种前所未有的成分梯度组织。本研究工作同时极大地开拓了增材制造技术的想象空间，使得这项技术不仅仅被用作复杂构件的成型技术，更可以被开发为一种全新的合金设计和制造方法，从而有力地推动增材制造技术实现“材料-结构-性能”一体化智能设计的梦想。 4. Nature：一种直接3D打印金属纳米结构的技术 用于金属纳米3D打印的现有技术需要聚合物-金属混合物，金属盐或流变油墨，从而限制了材料的选择和所得结构的纯度。气雾剂光刻先前已被用于组装预图案化衬底上的高纯度的3D金属纳米结构的阵列，但几何形状有限。 2021年3月，《Nature》报道了韩国首尔国立大学和浦项科技大学的一种使用多材料直接3D打印金属纳米结构阵列的技术，可打印具有灵活几何形状和小至数百纳米的特征尺寸。研究人员将离子和带电的气雾剂粒子引导到一个电介质掩模上，该介质掩模包含浮在偏置的硅基板上的一系列孔。离子在每个孔周围聚集，生成静电透镜，将带电的气溶胶颗粒聚焦成纳米级射流。这些射流由在含孔掩模下形成的聚合电场线引导，其作用类似于传统3D打印机的喷嘴，使气溶胶颗粒能够3D打印到硅基板上。通过在打印过程中移动衬底，研究者成功地打印出了各种3D结构，包括螺旋、悬垂的纳米管、圆环和字母。 3D打印技术参考评选理由：研究者介绍了一种使用带电气溶胶为基础的3D纳米打印技术，这种完全干燥的技术，不涉及聚合物或油墨。3D纳米打印技术有望在多个领域实现应用，如构建微纳级别的医疗植入物，在计算机芯片上构建3D逻辑电路、甚至可以用于超轻型飞机组件。 5. ORNL开发出独特的聚合物粘结剂，可3D打印具有“极高强度”的部件 粘结剂喷射3D打印由于广泛的粉末兼容性和可扩展的工作流程，成为比其他3D打印工艺更便宜、更快的选择。然而该技术所呈现的生胚部件的低机械强度成为该技术的“主要瓶颈”，阻碍了它们更为广泛的采用。在提高生胚部件的强度时，粘结剂是重要的增强途径。 美国橡树岭国家实验室（ORNL）团队于2021年在《nature communications》报道了一种独特的PEI聚合物粘结剂，其具有独特的分子结构，能够与氰基丙烯酸酯发生反应以实现卓越的强度。该粘结剂材料的的结构经过精心设计，具有低粘度、高溶解度和有限的结晶度，使其成为粘结剂压电喷射的理想选择。通过试验粘结剂PEI负载量，该团队表示他们还能够优化其打印适配性，可实现生坯强度的近线性增加。通过原型设计，研究人员发现，打印PEI浓度为5.5%的部件，零件强度为6.28MPa，远高于使用商业粘结剂所能达到的3.60MPa。由于粘合剂喷射部件的固有孔隙率，该团队还发现他们能够通过整合二次聚合物来提高砂型部件的强度。例如，通过添加氰基丙烯酸乙酯3D打印出了6.5厘米的桥梁，抗弯强度达到53兆帕，使其比实体砖更坚固。 3D打印技术参考评选理由：从粉末中提取生胚零件而不造成损坏是粘结剂喷射技术后处理面临的首要挑战，新型粘结剂体系的开发对该技术制造高精度和高强度零件具有重要保障。 6. 麻省理工：一种新的微结构立体光刻增材制造技术 传统基于投影的微立体光刻技术（PμSL），通常采用单孔径成像配置，由于图像分辨率（影响最小特征大小）和像场面积之间的相互牵制，限制了该技术生产具有微结构的大尺寸零件的能力。 麻省理工学院于2021年9月在《Science advances》展示了的一种基于平面透镜阵列和积分图像重建的新立体光刻3D打印技术。所提出的工程投影系统基于透镜阵列，其中每个微透镜可以保持高孔径，整体打印面积可以随着微透镜的数量而增加。与数字光处理相结合的微光学器件允许通过并行传输、叠加和集成多个输入图像来对投影输出图像进行可扩展的重建，从而产生从微米级到厘米级跨越四个数量级的周期性微结构。同时，该研究提出的整体光刻系统可以结合到其他基于数字光处理的光刻系统中，使用简单且廉价的组件进一步增加系统的构建区域。这种兼容性可能会推进高通量微结构数字光刻技术的发展。 3D打印技术参考评选理由：新的微立体光刻技术与传统商业PμSL 系统相比，打印尺寸可增加102至103倍，并具有力学和结构方面的优势，未来可能将影响力学/声学超材料功能结构、细胞力学生物材料和能源/环境应用结构的生产。 7. 吕坚院士团队发表结构材料增材制造综述 2021 年 4 月 1 日，香港城市大学吕坚院士团队发表综述论文“Additive manufacturing of structural materials”。本综述涵盖了广泛的主题，包括适用于3D打印的结构材料种类，如聚合物、金属、陶瓷、玻璃和复合材料等；介绍了4D打印的常用材料和原理，对比了不同刺激方法的优缺点；对结构材料的增材制造提出了多元化展望，包括多材料（multi-material）AM，多模量（multi-modulus）AM，多尺度（multi-scale）AM，多系统（multi-system）AM，多维度（multi-dimensional）AM和多功能（multi-function）AM；最后，文章还详细介绍了结构材料增材制造技术在不同领域的巨大应用潜力，涉及航空航天、生物医疗、电子设备、核工业、柔性可穿戴设备、软质传感器/驱动器/机器人技术、珠宝和艺术装饰品、陆地运输以及水下设备等领域。 3D打印技术参考评选理由：在3D打印被逐渐广泛认知的背景下，该文系统论述了各种材料的3D打印技术的最新进展以及它们的潜在应用，讨论了结构材料增材制造的关键问题，对初学者和有一定研究经历的人士都大有裨益。 8. 史玉升教授团队顶刊综述：超材料的增材制造技术与发展趋势 超材料是指自然材料所不具备的特殊物理性质（如电磁/声学斗篷、零/负泊松比、负折射率等）的人工结构或复合材料，这些奇特的物理特性可以通过精心设计的（准）周期性结构或多材料组合来实现，在国防工业和民生领域都有着广阔的应用前景。 增材制造技术由于在制备复杂结构方面具有巨大优势，为制备超材料提供了有效技术手段。史玉升教授团队长期致力于该领域的研究工作，在增材制造超材料的设计与制备方面已发表系列文章。该团队于2021年在材料领域顶刊《Materials Today》上发表论文，对超材料的增材制造技术与发展趋势进行论述，明晰了超材料的分类、指出了增材制造不同类型超材料的研究现状和发展趋势、提出了五模超材料，为超材料在工程机械、航空航海和生物医疗等领域的应用提供了思路。 3D打印技术参考评选理由：史玉升教授团队长期致力于4D打印技术和超材料研发，该文让我们认识到了什么是超材料，以及3D打印在制备超材料时所能发挥的重要作用，为我们展示了一个采用3D打印技术制造神奇材料的世界。 9. 比钢丝绳强5倍：中国科学家3D打印蜘蛛丝复杂三维纳米结构 2021年9月，新华社报道了中国科学院上海微系统所陶虎团队与上海交通大学夏小霞、钱志刚的合作成果，他们成功用基因重组的蜘蛛丝蛋白3D打印出纳米机器人，相关研究成果被发表于《Nature Communications》。 实验表明，一束由蜘蛛丝组成的绳子比同样粗细的钢丝绳还要坚韧，它能够承受比钢丝绳还多5倍的重量而不会断裂。然而，在自然界中获取大量蜘蛛丝非常困难，该团队创新开发基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶，通过优化重组蜘蛛丝基因片段和分子量，结合基于百万级数量电子的大规模仿真模拟，实时控制加速电压调控电子在丝蛋白光刻胶里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，实现了分子级别精度的真三维纳米功能器件直写。 3D打印技术参考评选理由：蜘蛛丝蛋白优异的机械强度为复杂三维纳米结构提供了关键支持，良好的生物相容性允许进一步通过功能化，实现可载药、可驱动、可降解的4D纳米功能器件（时空可变形），在智能仿生感知、药物递送纳米机器人、类器官芯片等研究领域具有明确的应用前景。 10. 具有集成流体电路的多材料全3D打印软体机器人 在过去十年中，软体机器人领域已经确立了自己独特的适用于使用传统刚性机器人难以或不可能实现的应用。对由流体装置（如液压或气动）驱动的柔顺材料的依赖增强了软体机器人的许多固有优势，特别是在人机交互的安全性、成本更低和操纵复杂且精密结构的适应性方面。然而，目前影响软体机器人实用性的一个关键障碍在于，当需要增加独立操作的执行器的数量或自由度时，通常需要相同或更多数量的不同控制输入。 为了减少或消除对此类外部控制方案的需求，研究人员研究了多种通过流体逻辑增强软体机器人自主性的方法。美国马里兰大学的研究人员于2021年7月在《Science advances》报告了采用PolyJet 3D打印技术制造具有集成流体电路的多材料全3D打印软体机器人。研究人员最初在CAD软件中设计组装模块化组件，如流体电路元件、互连和接入端口以及软机器人执行器和结构构件，形成具有具有完全集成流体电路的软体机器人模型；然后采用PolyJet工艺在一个打印过程中实现三种材料固化成型，包括软体机器人的柔性部分、刚性结构以及支撑材料。为了支持控制软机器人功能的底层流体电路的复杂性，研究还展示并描述了与 PolyJet 3D打印策略兼容的基本类型的流体电路元件，包括流体二极管以及常闭和常开流体晶体管。 △左右滑动查看更多 3D打印技术参考评选理由：由于软机器人领域仍处于起步阶段，驱动操作的潜在输入方式仍然多种多样。这项工作采用3D打印的方式实现了软体机器人整体结构的完整成型，对传统的需要外部连接线和控制器的制造技术是一大挑战，未来可能影响生物医学应用，包括康复设备、手术工具和可定制假肢。 END 3D打印技术的进一步发展离不开实验科学的进步与研究人员的努力，本文所列举的研究成果更是对现有制造不足进行的改进尝试，它们可能在很长一段时间内无法实现落地应用，但却为技术的发展积蓄着力量。本文亦仅能遴选万千技术研究的极小部分进行展示，未来，该技术将在改变人们生活和生产方面继续发挥更大的作用。 注：本文内容由3D打印技术参考总结，转载须在正文开始前注明来源。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读：…

3D打印在实现材料组分的可控调节和复杂结构的精确制造方面具有独特优势；因而有不少学者相信，3D打印技术必然会在未来制造业中占据越来越重要的地位。3D打印的相关研究现在发展到什么程度，其原材料如何制备，制造方法如何开发，加工条件有何影响，又在哪些方面已经有了应用？希望《Advanced Industrial and Engineering Polymer Research》的最新一期“3D Printing of Polymers”特刊文章，可以让你一探究竟。 1. 综述：聚合物纳米复合材料的激光烧结激光烧结是一种常用的增材制造(AM)技术，适用于汽车行业、医疗保健和消费品等领域的各种应用。聚合物激光烧结除了具备适合终端使用零件生产的机械性能外，聚合物激光烧结还可以生产比许多其他AM技术更复杂的结构，因为它不需要支撑结构，而且零件可以堆叠在建造区域以进行更有效的处理。理论上，广泛的聚合物应该可以通过激光烧结来处理。然而，在实践中，情况并非如此，目前只有少数聚合物能够进行可靠和一致的处理。  本文综述了通过添加一系列有机和无机纳米填料来提高激光烧结聚合物的加工性能、力学性能和功能性方面的研究。它验证了关键的挑战，包括纳米相的分散，以及为克服它们而开发的方法。探讨了纳米相对可加工性的影响，以及关键加工参数的重要性。讨论了纳米复合材料粉末生产技术和零件表征的最新进展。重点介绍了激光烧结件的最终性能及其潜在的应用，并讨论了研究所目前面临的挑战和未来的潜在研究方向。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.0032. 综述：在制造领域利用智能材料进行4D打印的重要作用多年来，3D打印技术在工程和医疗领域取得了重大进展；还引进了4D打印，它是3D打印的高级版本。4D打印的过程是当打印的3D物体由于外部能量输入(如温度、光线或其他环境刺激)的影响而成为另一种结构。该技术利用了具有良好的形变能力的智能材料的输入。自组装和可编程材料技术旨在重新想象构建、生产、组装和产品性能。4D打印应用于工程、医学等各个领域。4D打印蛋白质或许是一项伟大的应用。在这个新的维度下，3D打印的物体可以在光、热、电、磁场等外部刺激的影响下自行改变形状。 本文对4D打印技术进行了简要的讨论。以图解的方式讨论了4D打印在制造业领域的各种特点、发展及其应用。概念化了4D增材制造的工作流程，并最终确定了4D打印在制造领域的十个主要作用。虽然可逆4D打印本身是一个奇妙的发展，但它是具有创新性的，在形变期间使用了耐用和准确的可逆变材料。它帮助我们创造传统制造技术无法轻易完成的复杂结构。它似乎是不同行业的游戏规则改变者，因为它依赖自然因素而不是能源，而且完全改变了生产、开发、捆绑和运输商品的方式。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.05.0013. 综述：增材制造应用对环境可持续性的作用增材制造(AM)利用其数据逐层生产复杂形状的产品，精度高，材料损耗少。与传统制造工艺相比，增材制造技术具有许多积极的环境优势。最重要的是，减少了原材料的浪费，使用了新的智能材料。它似乎专注于能够减少材料浪费、能源消耗和机器排放物组件的产出。有必要对增材制造技术及其应用的环境可持续性进行研究。随着越来越多的企业致力于加强他们的生态足迹，AM的可持续性正不断地获得动力。有远见的行业领导者不断地直面挑战，鼓励他们的员工找到新的方法来减少浪费，改善员工的制造环境，并找到使用新材料的创新方法，使其变得更具可持续性。这些举措推动了产品、商品和服务的增值。     本文讨论了增材制造在创建可持续生产系统方面的重大效益。最后，本文确定了AM在可持续性方面的12个主要应用。虽然增材制造和技术的主导地位正在关键行业中确立，但它们的可持续性优势在当前的制造场所中是显而易见的。主要目标是鉴定增材制造技术相对于传统制造的环境效益。现在各个行业可以决定适当的技术来满足环境目标。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.0054. 连续纤维增强热塑性塑料的3D打印用混合双组分纤维的拉挤连续晶格制造是一种新引入的纤维增强热塑性复合材料的增材制造方法，可以在需要的地方沉积材料。这项技术的成功在于一个打印头，在材料被挤压之前，未固结的连续纤维增强复合材料通过一个挤压模具沉积于平面之外，而不使用支撑结构。然而，最先进的复合原料，如混纺纱，由于其底层纤维结构，即热塑性纤维与增强长丝混合，在可达到的材料质量和部件尺寸方面存在局限性。混合双组分纤维克服了这些局限，因为每个单独的增强纤维都包覆在热塑性护套中。这样一来，就可以避免耗时的纤维浸渍步骤，这些步骤是会给孔隙含量和材料质量带来负面影响的。     本研究比较了混合双组份纤维和市售混纺纱在不同加工条件下的拉胶质量。介绍了在不同的模具填充度、模具温度和拉挤速度下，对直径为5 mm、含量50 ~ 60 % 玻璃纤维的聚碳酸酯复合材料型材进行拉挤试验。结果表明，由混合双组份纤维制成的拉胶比在相同条件下由混合纺丝制成的拉胶具有更低的空隙率。我们认为这是由于固结机制的差异造成的，在混合双组份纤维的情况下，与达尔西安流主导的混纺纱固结相比，主要是热塑性套的聚结。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.0045. 用于医疗产品增材制造的基于超高分子量聚乙烯的双组分原料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有独特的性能，但熔体流量(MFR)极低，约为零，不适合用聚合物的标准方法进行处理。本文旨在研究不同等位PP含量的双组分UHMWPE基复合材料的摩擦学性质。复合材料采用三种方法制备：a）热压粉末混合物；b）颗粒热压缩；c）3D打印(FDM)。  结果表明，通过挤压复合(颗粒热压缩和3D打印)得到的UHMWPE基复合材料在力学和摩擦性能（耐摩擦性、摩擦系数、杨氏模量和屈服强度）方面均优于热压粉末混合物制备的复合材料。在保持高摩擦和力学性能以及广泛的载荷范围内必要的熔体流量(MFR)方面，最有效的是“UHMWPE+20%PP”复合材料，被推荐作为骨科摩擦单元复合形状产品（关节部件）的原料。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.05.0036. 用于聚酰胺12激光烧结的材料适应性工艺策略的发展聚合物激光烧结(SLS)是最有前途的增材制造技术之一，因为它可以制造具有高力学性能的复杂结构部件，而不需要额外的支撑结构。半结晶热塑性塑料，最好用于SLS，需要在一定的表面温度范围内加工，使材料同时存在于熔融状态和固态。根据最常见的加工模式，这些高温在整个建造阶段都可保持。在目前的技术状态下，这将导致高冷却时间和延迟的组件可用性。     本文通过工艺自适应方法、现场实验和数值模拟，证明了基于加深模型理解的材料自适应性加工策略可以克服这一缺点。这些策略是基于聚酰胺12在高温和准等温加工条件下，在粉末床表面以下几层开始结晶和凝固的事实。因此，等温结晶和固结特性是通过适应过程的材料表征来分析的。分析了激光加工过程中温度场对零件截面、层数和加工参数的影响，并将其与加工后的零件性能进行了关联。此外，通过控制零件冷却来均匀化零件热记录的可能性，可通过模拟方法得到加强。作者指出，材料相关的凝固特性必须作为几何相关和层相关的温度场的函数来考虑，并证明了对材料和部件性能的主要影响。从这些发现看出，新的加工策略的激光曝光过程以及在z方向上成形室的温度控制，可以加速LS过程和更均匀部件性能的早期可用性。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.05.0027. 局部可弯曲短碳纤维增强聚合物复合材料的3D打印局部可弯曲的固体板是在单一的3D打印操作中制造的，使用单一的材料，即短碳纤维增强塑料(CFRP)。局部可弯曲CFRP板包括实心和可弯曲部件，采用双级搭接结构无缝连接。可弯曲件采用平行十字结构，实心件采用100%填充结构。  通过改变平行横截面结构的梁角可以控制其弯曲性能。与实心板相比，弯曲刚度降低了近98%。循环弯曲试验表明，局部可弯曲CFRP板具有可逆弯曲变形。弯曲刚度降低约8-14%。然而，即使经过100次弯曲变形，也没有观察到明显的损伤。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.02.0048. 沉积速度和挤压温度对FFF打印单层聚合物薄膜中细丝间融合的影响熔丝制造(FFF)是一种增材制造技术，其中熔丝以可控的方式沉积在之前沉积的熔丝上或相邻，导致结构部分的构建。本研究旨在利用印刷的单层薄膜来表征单个细丝之间的融合键合程度，这有助于理解过程-结构-性质关系，优化FFF过程中涉及的工艺参数（即沉积速度和挤压温度）。   对于脆性聚乳酸(PLA)和球性聚丙烯(PP)，使用不同挤压温度（200°C至260°C）和沉积速度（30mm/s至90mm/s）制备具有平行于沉积方向的尖锐裂纹的单层双边缘缺口拉伸(DENT)试样。描述了断裂韧性(Kc)，定义为PLA脆性断裂临界载荷下的临界应力强度因子和断裂的具体基本工作(We)，作为PP韧性韧性断裂韧性的指标。结果表明，该方法被证明是识别FFF过程中工艺参数对熔合键的影响的有效工具，显示了断裂韧性的强敏感性，无论是PLA的Kc 还是PP的We ，均可达到单丝之间融合粘接程度。 https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.002欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.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 2.旨在替代金属，世界最大高性能聚合物3D打印机的成型尺寸达1 x 1 x 1 m 3.盘点：2021年值得关注的3D打印新材料及成型工艺突破 4.面向未来的战略技术：大型复合材料增减材一体制造及其关键要素

一种被称为快速液体印刷（Rapid Liquid Print)的凝胶/弹性体3D打印技术由麻省理工学院开发，可以使用行业标准材料（如软橡胶、硅胶和泡沫）生产柔性产品，无需重新加工或后处理。宝马使用该技术证明了该技术在汽车领域快速弹性体应用方面的巨大前景。近日，宝马公司风投机构BMW i Ventures牵头投资了该技术种子轮融资。 快速液体印刷是一种新的3D打印工艺，最初由麻省理工学院的自组装实验室开发，在凝胶悬浮液中以三维形式“绘制”液体物体。RLP团队获得了麻省理工学院的独家许可，其消除了设计限制，可以一次打印大尺寸的多个零件，并且比目前市场上的其他解决方案效率都高。。 △左右滑动查看更多 RLP可在几分钟内用橡胶、泡沫和塑料等高级材料生产大型物体，材料在打印时固化，然后只需最少的后期处理即可使用。传统的3D打印受到速度慢、构建量有限和材料质量差的限制，使其作为主流制造工艺变得不可靠。RLP技术可在几分钟内创建大型、弹性、密封和高质量的产品，从而改变了游戏规则。该团队目前在与世界各地的研究人员和行业领先公司合作，研究包括医疗设备、鞋类、家居用品、航空和汽车部件在内的应用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.面向未来的战略技术：大型复合材料增减材一体制造及其关键要素 2.中科院化学所采用3D打印制备出极高性能的隐形眼镜结构 3.好打印机+好材料=好模型，最合适的3D打印材料应该如何挑选？ 4.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？

运载火箭捆绑点轴承支座是助推器连接芯级火箭实现传力的关键主承力构件，传统制备材料选用高强钢锻件机加工而成，具有强烈的减重需求。TC11钛合金是我国开发的可在500℃以下长期服役的α+β型高温钛合金，室温强度高、热强性好，是制造航空发动机、高压压气机盘及叶片的主要材料以及航天器主承力构件的潜在材料，有取代高强钢作为航天主承力构件材料实现运载火箭轻量化的巨大潜力。 但钛合金的加工性能差，大型钛合金结构件的传统制造一般需要大型锻压设备及大型模具，制造难度大，材料利用率低，制造周期长，设备成本和生产成本高。因此，大型关键钛合金构件的制造技术被公认为是航空、航天等高端重大装备的核心关键制造技术之一。 上海航天设备制造总厂有限公司增材制造团队的相关研究作为封面文章发表于《中国激光》 激光熔化沉积成形属于增材制造技术，可实现零件的近净成形，因具有较少的去除量且可避免使用模具和大型锻压设备，因此可显著降低航天领域大型金属构件的制造成本和周期。 组织和性能是激光增材制造钛合金研究热点问题，成形过程中移动的熔池对成形件反复热作用决定了成形件的组织和性能。为满足航天主承力钛合金轴承支座的应用需求，近日，上海航天设备制造总厂有限公司增材制造研究团队研究了不同热处理工艺下的组织和性能，使激光熔化沉积制造的TC11钛合金强度和塑性均显著提升, 达到了锻件标准，为整体轴承支座性能调控提供了依据。 创新研究与结论 围绕如何均匀化激光熔化沉积成形TC11钛合金组织和提升成形件的综合力学性能，研究团队采用双重退火热处理工艺对激光熔化沉积成形后的TC11钛合金进行组织和性能调控。分析其组织和性能的演变行为，建立热处理-组织-性能关联关系，为后续其它工艺组合下钛合金成形件的热处理制度选择提供参考，为TC11钛合金航天主承力构件的轻量化应用提供经验。研究结论如下： 1) 在异质形核和外延生长形核两种机制的竞争下，TC11钛合金的沉积态组织沿沉积方向呈柱状晶和等轴晶交替生长的现象。沉积态微观组织主要由晶界集束α相组成的魏氏组织及晶内细针状网篮组织构成。沉积态TC11钛合金经双重退火后组织明显粗化，且随着退火温度升高，晶内α相的长径比减小，晶界α相出现断续、球化和消失现象；当退火温度为1025℃时，晶界重新形成连续晶界α相，晶内组织突变为细化的网篮组织。 图1 激光熔化沉积系统及工艺方法。(a)LMD系统; (b)成形过程; (c)扫描路径; (d)热处理制度 2) TC11钛合金沉积态和热处理态的力学性能均满足锻件标准要求，双重退火可显著提升沉积态的力学性能。受晶内和晶界组织的影响，随着退火温度升高，TC11钛合金的强度总体先降低后升高，塑性整体上呈先增后降的趋势。随着退火温度升高，屈强比先升高后降低，并于1010℃时达到最大。沉积态和双相区内退火TC11钛合金强度的各向异性<3%，表现为趋近各向同性的特征，塑性各向异性呈先增后减的趋势，在995℃退火后塑性的各向异性最小。 图2 柱/等混合组织。(a)沉积态；(b)热处理态 3) 受晶内组织及连续晶界的影响，沉积态TC11横、纵向拉伸断口均表现为沿晶断裂特征；双重退火后，晶界出现断续、球化和消失现象，裂纹以微孔聚集机制不断长大，断口表现为韧性断裂特征，在995℃退火后，断口上的韧窝最均匀。 图3 拉伸性能。(a)横向拉伸性能；(b)纵向拉伸性能；(c)屈强比；(d)各向异性 以上研究为TC11钛合金航天主承力构件的轻量化应用提供经验。后续，团队将针对大型钛合金构件不同部位力学性能差异，以及包括冲击性能在内的其它使役性能进行考核，并对钛合金轴承支座表面质量及内部质量进行无损探伤检测，优化成形及后处理工艺以满足使役性能需求。 上海航天设备制造总厂有限公司增材制造研究团队 团队介绍 上海航天设备制造总厂有限公司隶属于中国航天科技集团第八研究院。依托于“上海航天复杂金属构件增材制造技术研究中心”和“中国航天科技集团增材制造工艺中心”，增材制造研究团队拥有包括LMD、SLM、WAAM等各类增材工艺与装备研究制造平台。 近年来，团队承担了多项国家重点研发计划课题、国家自然基金、上海市启明星等省部级以上的科研项目，系统开展了激光增材制造工艺、装备、工程化应用等方面的研究工作，相关研究成果发表在《中国激光》、Additive Manufacturing、Optics & Laser Technology 等国内外知名期刊，并荣获“中国航天科技集团科技进步二等奖”“上海市科学技术进步二等奖”等多项科技奖励以及“中国军民两用技术创新大赛铜奖”“上海市产业青年创新大赛金奖”等多项国家级、省部级荣誉。 注：本文内容来自中国激光，文章题目《激光熔化沉积TC11钛合金双重退火后的组织和力学性能研究》。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.西南交大实现铝合金3D打印多缺陷主导裂纹扩展行为的成像表征 2.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 3.金属顶刊《Acta Mater》：增材制造高强铝合金的疲劳与动态时效！ 4.多位知名学者联合综述：金属增材制造过程中的微观结构演变和多阶段控制

11月6日，中国国际口腔器材展览会暨学术研讨会（DTC）如期结束，黑格科技展出了搭载HeyGears Cloud的2小时俱乐部椅旁解决方案、技工端规模化量产解决方案，以及黑格梦工厂联盟落地成果。 △左右滑动查看更多 亮点一：桌面级齿科专用3D打印机——为数字化齿科赋能 本次展会，黑格重点推出的UltraCraft DS （以下简称“DS”），是专为齿科椅旁多领域垂直应用而打造的准工业级桌面3D打印机，具有高精度快速打印、操作简便的基础特性，同时配备固化机及清洗机，在椅旁即可实现从设计文件到打印成品的转换。 但椅旁应用的落地不仅仅是设备入驻，更是“数据-设计-CAD&CAM”这条数字化链条上断链能力的补足。 为此，DS通过搭载HeyGears Cloud，涵盖“诊疗方案设计-数据前处理-3D打印-成品后处理”全流程专业服务，使椅旁数字化应用更便捷、更高效、更全面，为口腔诊所客户带来即刻诊疗、即时修复的一站式体验。 △“黑格2小时俱乐部”流程图 “黑格2小时俱乐部”即是基于该思考提出的解决方案。该方案通过可视化诊疗，让患者直观地参与和感知数字化技术和方案在术前、术中、术后的应用，在口腔条件合适的情况下，从问诊到完成种植体植入仅需2小时，即种即走，安心微创。 方案打破了种植患者术前无法感知诊疗效果、只能被动接受治疗方案的诊疗模式，创新打造以患者体验为导向的数字化诊疗流程，让患者不只聚焦于价格对比，而是更注重诊疗体验与最终修复效果，最大化整个诊疗过程的专业服务价值，以此推动椅旁数字化诊疗生态的良性发展，在快速发展的竞争环境中脱颖而出。 亮点二：激发数字化技工所潜能3D打印方案 UltraCraft A2D、A2D Ortho、A2D 4K则是黑格科技为满足齿科技工所数字化应用能力建设与批量化定制的生产需求而推出的大幅面、高精度工业级DLP打印机，不仅能够实现精细化质量与高产能双向均衡，更能搭载HeyGears Cloud，通过生产智能排产、生产可视化管理、生产运营数据分析等功能轻松进行信息化生产管理。 △HeyGears工业级齿科设备 其中以A2D Ortho搭载HeyGears Cloud、HiVE自动化生产系统设备、OCR自动打标及切削系统，配套形成的“隐形正畸规模化量产解决方案”可助力技工厂实现24H“黑灯工厂”生产。 亮点三：黑格梦工厂联盟计划优势及案例 黑格科技除了解决技工所业务向问题，也推出梦工厂——数字化转型&营销一站式解决方案，从改造、培训、软件、硬件、应用解决方案、运维服务到营销等多维度，最终帮助联盟成员实现人才-流程-产品-服务数字化升级。 亮点四：50+款高性能齿科应用满足临床需求 现场人气产品还有基于黑格设备、方案落地生产的50+款专业级齿科应用助力口腔临床诊疗，覆盖了种植、正畸、固定修复、活动修复4大领域。现场嘉宾无论是对应用的精度，还是材料性能都极为认可。 数字化生产作为提高效率的强有力工具，黑格的数字化应用解决方案在临床端和技工端分别展现了不同的成效，不断在客户端与用户端学习、打磨和提升，共同创造数字化价值。 只有不惧自我突破和革新，顺应趋势，运用数字化实现转型，才能在危机中寻找转机。黑格一路走来，认识到任何单一的环节都构不成完整的数字化链条，只有多方的共同连接、打通彼此的数字化壁垒，找到共生价值，才能在整个链条流程中真正实现整体效率的提升。 未来已来，您是否已准备好与黑格同乘这趟“数字化转型快班车”？破则立，未来可期！ 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.黑格科技：何为3D打印精度？“精度”高打印就好？还原度才是检验打印效果的最佳标准 2.打通齿科数字化全链条！黑格科技3D打印应用云平台正式上线 3.3D打印迎来新机遇，全球化齿科头部企业如何借势腾飞？ 4.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？

多尺度孔隙结构广泛存在于自然界中，在动植物长期自然进化过程中，为获得最佳性能以适应环境变化方面发挥着至关重要的作用。例如，蝴蝶翅膀、木头、骨头、树叶等生物结构，均具有从纳米级到宏观级的多尺度孔隙结构。受这些自然现象的启发，科研工作者努力尝试研制具有功能性的多尺度孔隙材料，以用于特殊领域。尤其在催化领域，相比固体或单一孔隙催化材料，多尺度孔隙材料因具有更大表面积、更高孔隙率和更多活性位点，而显示出更高效的催化性能。在多尺度孔隙催化剂中，纳米多孔催化位点附着在微多孔框架表面。微米多级孔可提供为更大的比表面积，因而为纳米多孔催化位点提供更多附着空间；纳米多孔则有助于减少客体分子与催化位点间的扩散障碍，持续将客体分子转移到纳米催化位点。 近期，华中科技大学史玉升教授团队cai副教授与新加坡南洋理工大学周琨教授合作报道了一种简易且可批量化制备微纳多孔催化剂的3D打印/脱合金复合方法。激光选区熔化（SLM）3D打印成形具有微米多孔的合金框架，然后通过脱合金工艺在微米多孔框架表面形成纳米多孔（图1）。该研究中，CuTi混合粉末为SLM打印材料，成形出具有微米级孔隙的点阵结构，随后采用HF脱合金化学腐蚀脱除CuTi点阵结构表面的Ti元素，表面Cu元素在表面张力作用下通过扩散、聚集等方式原位自发形成纳米级多孔Cu结构（图2）。为验证概念的可行性，作者们将微纳多孔材料用作Fenton催化剂降解染料废水。 图1 3D打印/脱合金制备微纳多孔催化材料示意图   图2 纳米多孔Cu形貌、尺度与物相表征 实验结果表明，制备的微纳多孔催化剂在净化罗丹明B中显示出高效的降解效率，降解反应速率为 8.24 × 10-2 min-1，比传统均相Cu2+和非均相Cu粉末催化剂的反应速率分别提高了约8倍和2.5倍。同时，这种催化剂显示出有超高的稳定性和耐久性，以及出色的矿化和降解多化能力（图3）。优异的降解性能主要源自催化剂中分层互连的微纳米多孔结构，微米孔提供更多的比表面积，有利于在CuTi前驱体表面产生更多的纳米多孔Cu催化位点，纳米孔可为H2O2试剂与催化位点反应提供便捷的反应通道。降解机理研究表明，Cu(II)和Cu(I)之间的高效氧化还原循环反应，是高活性•OH自由基快速生成的根本原因（图4）。详细揭示了罗丹明B降解途径的四个步骤，包括N-去乙基化、发色团裂解、开环和矿化。 图3 微纳多孔催化剂显示出有超高的稳定性和耐久性以及出色的矿化和降解多化能力 图4 微纳多孔催化剂产生•OH自由基的机理示意图 最后，作者们制造了表面具有纳米多孔Cu的工业级尺寸叶轮和过滤器，以展示该方法在工程中的潜在应用。这项工作不仅证明了所提出的微纳多孔催化剂在实际应用中对废水净化的适用性，而且有望激发3D打印技术和化学合成的结合，以设计可调控的分级微纳多孔金属催化剂，并用于功能器件制造。 上述工作以题为“3D Printing and Chemical Dealloying of a Hierarchically Micro- and Nanoporous Catalyst for Wastewater Purification” 发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（文章链接：doi/10.1021/acsami.1c14076），论文第一作者为华中科技大学蔡超副教授，此前为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院博士后研究员，通讯作者为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院及新加坡3D打印中心周琨教授。 周琨教授团队长期从事高分子、金属3D打印的研究，包括材料开发、工艺过程模拟和结构设计等。此前，已有一项有趣的3D打印技术在环境应用方面的探索，团队利用激光3D打印技术制备了多种金属有机框架(MOF)/热塑性树脂复合薄膜，并探究了其在水处理方面的应用 (Li et al. ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11, 43, 40564-40574)。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.华中科大开发出一种消除裂纹、同时提高强度和延展性的3D打印镍基高温合金热处理方案 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.史玉升教授团队顶刊综述：超材料的增材制造技术与发展趋势 4.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构