钛合金由于其比强度高、耐腐蚀性好等优点被广泛应用于航空航天领域。本文介绍了近年来主要钛合金的显微组织和力学性能特点，包括高强高韧型钛合金（β型或亚稳β型，Ti-1023、Ti-15-3、β21S和BT-22）、高温钛合金（500℃以上，近α型， IMI834、Ti-1100、BT36和Ti-60）、损伤容限钛合金（α+β型，TC21和TC4-DT）和阻燃钛合金（Alloy C、BTT-l和BTT-3）四个方面。 根据对β转变温度的影响，钛的合金化元素可分为中性元素、α相稳定元素和β相稳定元素。α相稳定元素将α相区扩展到更高的温度范围，而β相稳定元素则使β相区向较低温度移动，中性元素对β转变温度影响很小。 2014-2027年钛合金3D打印粉末总消耗量预测 （来源：SmarTech） Al是最重要的α相稳定元素，间隙元素O、N和C也属于这一类。β相稳定元素可细分为β同晶型和β共析型元素两类，Mo、V和Ta属于β同晶型元素，在β钛中溶解度很高且非常重要；Fe、Mn、Cr、Co、Ni、Cu、Si等属于共析型元素，易与Ti形成金属间化合物；Sn和Zr是中性元素，但可以显著强化α相。 随着钛合金研究与应用的发展，特别是热处理强化钛合金，经常遇到非平衡态组织，因此按亚稳定状态的相组成进行钛合金的分类更为可取。根据钛合金从β相区淬火后的相组成与β稳定元素含量关系，可以将钛合金划分成α型、近α型、α+β型、亚稳β型、稳定β型等几种类型。 钛合金淬火后的相组成与β稳定元素含量关系 各类钛合金的主要性能，以Ti-6Al-4V为准，向右侧，随着β稳定元素的增加，合金的加工能力、应变速率敏感性、热处理强化效果和室温强度不断提高；向左侧，随着β稳定元素的减少，合金的β转变温度、流动应力，可焊性和高温强度有所增加。 各类钛合金的主要性能特征 传统的钛合金显微组织是α相和β相两个基本相（即以α钛为基的α固溶体和以β钛为基的β固溶体）的尺寸及其排列方式来描述的。钛合金的性能主要取决于α和β两相的排列方式、体积分数和各自的性能。与体心立方的β相相比，密排六方的α相具有更高的堆积密度和各向异性的晶格构型，因此α相的塑性较差、扩散速率低和抗蠕变性能高。因此，不同类型钛合金的物理、力学和工艺性能的主要差别如下表所示： 不同钛合金类型与主要物理、化学性能的关系注：О表示无影响；＋表示性能提高；－为性能降低 α钛合金一般为单相合金，具有中等强度；而α+β两相和亚稳β钛合金可以分别强化到较高和很高的强度水平。亚稳β钛合金以低塑性为代价获得很高的强度，如果不进行时效强化，亚稳β合金具有类似α和α+β相对较好的塑性。 由于钛合金的断裂韧性与显微组织和时效条件密切相关，所以钛合金的成分与断裂韧性之间不存在明确的关系，但粗大层片组织的断裂韧性要高于细小的等轴状组织。这是因为层状组织可以使扩展裂纹沿不同取向的板条束发生偏斜，导致裂纹前沿钝化，从而吸收额外的裂纹扩展能量。 密排六方晶体的原子扩散能力和变形能力相对较低，这导致了α相具有优异的抗蠕变性能。钛与氧原子的亲和力很高，这意味着在室温大气中钛合金表面也能形成一层非常薄的致密氧化层(TiO2)，这也是钛合金抗蚀性优异的原因。α钛合金的变形能力极为有限，且加工硬化能力很强，这意味着α和α+β合金只能在高温下加工。 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.Ti-6242 | 一种用于关键任务应用的高性能3D打印钛合金 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.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 4.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择

近十年来，金属增材制造不仅是增材制造行业中增长最快的领域，在可预见的未来，它还会继续快速增长。以PBF（粉末床熔融）和DED（定向能量沉积）为代表的两大类“传统”金属增材制造技术随着工艺的成熟、自动化程度的提高，似乎即将进入爆发式的规模化应用阶段。随着融合了PBF、DED和CNC的增减材复合制造的应用市场不断扩大，全球大型传统机床制造商开始将金属增材制造视为下一代关键的制造技术。在这一切正在发生的同时，一些新工艺似乎也在以更为颠覆性的方式革新我们所认知的3D打印技术。例如，所谓的区域金属3D打印正在突破激光逐点扫描的对速度的限制，无支撑金属3D打印则进一步突破了对设计复杂性的限制；材料喷射和基于光刻的金属3D打印工艺在超精密零件生产方面有特殊优势；粘结剂喷射工艺则将金属3D打印提升到批量制造的水平；由冷喷涂、搅拌摩擦焊以及超声波焊接发展起来的新3D打印形式在多材料、大尺寸零件制造方面充满潜力。 大量金属增材制造新技术、新工艺正在不断地开发出来，这使得金属增材制造市场呈现出日益多样化、生机盎然的景象。本期，3D打印技术参考着重介绍这些新的工艺形式，其中很多种国内尚未有研究进展。 传统激光粉末床熔融技术的新发展 所有金属增材制造技术中，PBF的工业化应用研究最多，工艺的标准化和成熟度也最高。经过近十年的增材制造服务商的代工生产，PBF技术已经证明了其可以使用最多种类的金属合金。今天金属PBF技术虽然已经实现了高度的自动化，但是仍然存在许多挑战：一是新建PBF增材制造生产线需要很高资本投入；二是金属增材制造零件的质量保证和过程有效监控还缺乏有效手段；三是可用的金属粉末原材料成本还比较高，成形件支撑结构的去除和表面抛光等后处理过程费时且难以实现自动化。 除了金属PBF技术的传统领导者，如EOS、SLM Solutions、3D Systems和GE Additive，目前还有一些初创公司正在不断开发新的、有效的金属PBF工艺，如荷兰Additive Industries开发了一种多工位模块化集成的PBF激光增材制造设备，提高了自动化程度。 作为粉末床金属3D打印工艺的重要形式，面区域金属3D打印与无支撑金属3D打印备受瞩目。 面区域金属3D打印通过光学设计，将200多万个激光点融合为一束激光，每个激光点的能量均可以通过切片图像的像素设计控制能量，一次可以实现2×2mm甚至15×15mm的区域曝光熔化，此举大大提高了成型效率。该技术的代表企业为美国Seurat公司，据3D打印技术参考了解，国内某知名金属3D打印制造商也在开发工艺。 而无支撑金属3D打印，通过非接触送粉、变化的能量输入以及实时反馈机制实现了相比传统SLM技术更大倾角的无支撑打印。该突破对于制造更为复杂结构的零件至关重要，因此尤其被航空航天制造商所看重。该技术的代表企业为美国Velo3D公司，国内尚无公司进行对标技术的开发。 作为粉末床金属3D打印技术的另一条赛道，增减材技术的发展似乎并未达到预期中的革命性发展。Matsuura和Hermle两家公司此前推出了增减材一体的PBF激光增材制造设备。 有热源制造大尺寸、多材料零件的金属3D打印工艺 DED金属增材制造技术是使用激光束、电子束、电弧等能量源熔融金属粉末或线材，逐层制造、累积成形的一类技术（LENS、EBAM、WAAM）。这类DED技术通常还需使用CNC对成形件进行切削加工，以获得具有较好精度的最终零件。 这种增减材复合工艺比单纯的CNC或金属3D打印成形效率要高很多。除了成形效率方面的优势外，最重要的是这些增减材复合工艺还能制造长度可达几米的超大型金属承力结构零件。DED金属增材制造技术与成熟的数控机床系统相结合，能够通过整合工艺流程，大大提高制造自动化程度和生产效率。 多种增材工艺结合以及将增材工艺与传统制造工艺结合，制造出多材料部件，已经成为这些手段的重要应用形式。NASA已经采用选区激光熔化、DED并配合CNC技术制造了铜-镍复合的双金属材料燃烧室。 从事该工艺的企业主要分为两大类：一类是采用增减材复合制造的传统的高端机床制造商，另一类是开发新的DED技术的初创公司。DMG Mori、TRUMPF和Mazak是从事该技术开发传统制造代表企业。另一方面，Sciaky、BeAM和Optomec则是首批开发和应用DED技术的增材制造公司，Sciaky是唯一一家使用电子束焊接进行金属增材制造的公司，Norsk Titanium在该领域已经取得了重要成就。 无热源制造大尺寸、多材料零件的金属3D打印工艺 固结是粉末冶金行业中的常用术语，是指将合金粉末预成形的毛坯进行压制、烧结、锻造或热等静压等处理获得高密度的零件毛坯的一种制造工艺。金属固结增材制造技术(Metal Consolidation)是指在室温下使用各种能量形式（如超声波、摩擦、高速喷射等）将金属粉末、线材或薄膜逐层固接、累积成实体的一类增材制造技术。这类技术的优点是能够高效地制造多种类的金属合金零件。此类技术中最早开发出来的是超声波焊接增材技术，它使用金属箔材料，工件在一定的压力下将弹性体振动能量转变了工件间的摩擦功、形变能以及有限的热能，从而在不发生熔化的状态下实现箔材料间的冶金结合。金属超声波焊接增材技术的优点是能够适用于各种金属材料的焊接增材、且焊接过程无高温污染、无损伤缺陷等，但是由于焊接功率随着箔材厚度增加将呈指数级剧增，因此主要用于丝、箔以及小型零件。 搅拌摩擦增材制造的基础是搅拌摩擦焊技术，它利用搅拌针与连接件的搅拌摩擦产生热量软化连接处的材料，再通过轴向的压力使得材料连接在一起。这样的焊接方式没有经过金属的熔化与凝固，只是经过塑性软化和轴向的挤压，连接处在材料性能上存在一定的优势。 喷射沉积固结（冷喷涂）也是金属固结增材制造技术技术中较常见的一种，它将金属粉末以超音速喷射、沉积在基材表面，从而实现逐层制造。这种方法的关键优势在于能够快速、较低成本地生产大型金属零件，且可使用非球形粉末，制造多材料金属零件。 目前世界上开发实用的超声波焊接和摩擦焊接增材制造技术只有两家外国公司。Fabrisonic公司的UAM技术(超声波增材制造)主要应用航空航天，该公司的部分资金来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)。MELD是一家具备摩擦焊接增材制造技术的制造性企业，能够提供增材制造服务或摩擦焊接增材制造设备。喷射沉积固结技术，可能是目前冷固结工艺中应用最广泛的工艺，它最初是由两家澳大利亚公司SPEE3D和Titomic推出，前者专注于铜和铝等材料，而后者几乎完全专注于钛及钛合金。最近德国Hermle、美国GE Additive也都在内部开发冷喷涂增材制造制造系统。 基于烧结的粘结剂喷射、挤出及光固化金属3D打印工艺 依赖于烧结成形的金属3D打印技术已经成为金属增材制造技术一个重要门类，它使用聚合物材料将金属颗粒粘合在一起、然后再烧结成形最终部件。在具体的工艺形式方面，包括粘结剂喷射以及将掺有金属颗粒的丝材挤出和浆料光固化的工艺。 粘结剂喷射工艺，被认为是一种最有可能的规模化、数字化、低成本的金属增材制造技术。该公司所使用的的材料可选择传统注射成型的金属粉末，相比基于激光的粉末成本更低，以面成型的工艺特点极大提高了打印效率，初始无热源的成型方式使其在复杂零件制造方面也显优势。但该技术未获得广泛应用的主要问题是零件质量，特别是与最终应用相关的后烧结变形、开裂以及力学性能，在面临最终应用时存在挑战。 在金属粘结剂喷射技术领域，ExOne是唯一取得较大规模商业化应用的金属增材制造公司。虽然ExOne是该技术的早期领导者，但该技术的规模化应用最近才开始显现，如今ExOne已被Desktop Metal高调收购，引领了该技术的快速发展。惠普（HP）和通用电气(GE)这些国际大型公司也在前几年前进入了该领域，并在批量化、规模化应用方面取得了较大进展。 采用材料挤出和光固化成形技术的增材制造公司也能使用低成本的丝材或浆料来制造金属零件，国际化工巨头BASF因此开发了适用于该工艺的金属丝材。金属材料挤出工艺适合于制造工装、夹具以及零件原型，目前已在汽车领域获得应用。从事该技术的知名公司有Desktop Metal以及国内的Raise3D、纵维立方等。 基于光固化的金属3D打印，根据光聚合原理生产高精度零件生坯，其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。这种制造方式特别适合小尺寸金属零件的3D打印，并能实现从医疗到汽车、航空航天到奢侈珠宝等广泛应用的复杂零件的精确、高质量生产。目前，从事该技术的公司主要有MetShape和Incus。 金属材料喷射技术（MJ） 一般来说，材料喷射技术被认为是精度最高、技术最成熟的增材制造技术，这是因为它采用了传统的喷墨打印技术、从而能够精确控制成千上万的数字控制喷嘴来喷射材料。然而，在金属增材制造领域中，材料喷射是一个原材料种类非常有限的增材制造工艺，因为喷射使用的液态金属难以制备。 尽管如此，这一细分市场仍是创新和技术突破最可行的领域，因此我们将其作为一个独立的金属增材制造技术来对待。目前可用于金属材料喷射技术的材料只有两大类：一种是已经商业化的、利用金属纳米颗粒与液体混合形成的纳米墨水；另一种是正在研发的、使用电磁场驱动喷射的熔融液态铝。 虽然许多金属粘结剂喷射公司也宣称自己能够使用纳米金属墨水打印金属零件，但唯一能够真正开发纳米金属墨水并实际应用的公司目前仍只有Xjet，其使用材料喷射技术来制造陶瓷和金属零件，如钢和银。遗憾的是，该工艺推出了多年，但在商业化和应用方面，似乎一直未有太多起色。 与Xjet材料喷射工艺类似的，中国梦之墨公司推出的液态金属3D打印机专注于电子电路打印，并取得了一定的成绩。除此工艺形式之外，施乐公司收购了一家发明了使用熔融铝线制造金属零件的初创公司，其每秒可喷射1000个液滴，用于零件的堆积制造，这也是目前使用材料喷射技术高效率、低成本制造金属零件的可用解决方案。 END 金属3D打印技术经过几十年的发展，制造局限获得了极大突破，制造形式更加丰富多样，制造效率也大为提升。尤其值得注意的是，本文所提到的绝大多数工艺形式是金属3D打印技术的新发展，国内在很多方面有的还未涉足、有的则仍处于研究阶段。在新技术发展领域，以美企等为代表的国外先进制造商具有领先优势。 3D打印技术与国内的发达的传统制造技术相比，在很多领域可能并不具备成本优势，但作为一项重要的未来生产力，技术储备不可或缺。我们期待，国家能有重大的科技专项能扶持新技术的发展，让先进技术在未来重要的领域发挥作用。 关注 视频号 了解最新技术应用 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Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022最新金属与非金属增材制造技术全景图（中文版） 2.王华明院士《科创中国》演讲视频：3D打印，重大装备制造业的新机会 3.深蓝航天3D打印整机制造火箭发动机搭载试验箭完成「公里级起降回收」 4.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

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 Norsk使用的快速等离子体沉积工艺（RPD）是一种经过FAA认证的OEM合格的增材制造工艺，通过使用钛丝转变为适用于结构和安全关键应用的复杂组件，可为航空航天、国防和商业客户节省大量的交货时间并节省成本。 钛丝、氩气、等离子体电弧和过程控制是RPD工艺的核心因素，可以实现在快速打印的同时达到锻造强度，能够满足航空航天级的应用。Norsk成熟的生产能力可降低成本、减少机加工和材料消耗并缩短交货时间，旗下MERKE IV ™系统是当今商业生产中最快的钛金属打印机，它比基于粉末的增材制造设备快50-100倍，而钛的使用量则比传统锻件少25％-50％。 使用Norsk的快速等离子体沉积（RPD）工艺，Norsk的工程师设计了Ti6Al4V毛坯，将原料需求减少了40％。利用RPD的工业流程，Norsk可以创建接近最终形状的设计，同时保持波音飞机结构应用所需的严格流程控制和材料特性。 从2021年开始，Norsk与General Atomics Aeronautical Systems展开合作，双方共同探索Norsk的RPD技术在通用原子产品的重要结构应用。近日，双方成功完成了组件级测试，所选起落架部件的初步测试结果表明，其性能令人鼓舞。 这项工作是Norsk向国防市场扩张的一部分，Norsk Titanium US使用专利增材制造技术生产测试组件。通用原子增材制造和结构工程团队进行了检查和功能负载以及材料测试。 这项测试是为了支持通用原子公司实现和加速增材制造技术集成到其设计和制造操作、流程和产品中，从而最大限度地提高公司及其客户的购买与飞行比率。 “我们要感谢GA-ASI对我们技术和整个增材制造行业的支持，”Norsk Titanium商业副总裁Nicholas Mayer表示。“我们相信，我们的技术非常适合GA-ASI应用，这些应用传统上需要较长的交货时间，我们的团队已准备好继续支持GA-ASI，并持续进行资格认证，进一步开发DED增材制造技术应用。 注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（867355738）

Sintavia能够为航空航天、国防和空间等领域的客户设计和3D打印先进的推进系统和热力系统。该公司的产品包括火箭推力室组件、高性能热交换器、涡轮机械部件、先进燃料系统和高性能燃烧器组件。随着航空航天工业越来越多的将3D打印技术纳入供应链，Sintavia 已成为这些关键组件3D打印领域的重要参与者。 近日，美国总统推出旨在推动美国3D打印及制造业发展的“AM Forward计划”，并打卡Sintavia，该公司也被选中为AM 供应链的代表之一。 拜登打卡Sintavia Sintavia具有强大的增材制造能力，公司官网显示，其拥有来自GE Additive、TRUMPF、EOS、SLM Solutions等公司的26台多类型、高产量金属3D打印机，能够打印镍、铜、钛、铝和难熔金属。该公司是全球为数不多的仅以3D打印商业航空航天部件为中心建立航空航天质量管理体系的公司之一，也是极少数能够为载人飞行3D打印部件和涡轮机械部件提供认证的航空航天制造商之一。 Sintavia展示的装备清单 以采用SLM技术制造大尺寸部件著称 Sintavia与其商业航天发射和国防客户合作，对推力室组件进行面向增材制造的设计，满足并超越客户的任务要求。凭借强大的增材制造量产能力，Sintavia 能够设计出极具成本效益且功能强大的火箭发动机。Sintavia为Relativity Space 3D打印了全尺寸的铜合金Aeon 1火箭发动机推力室。 国会女议员访问Sintavia时的发动机画面 商用涡轮机械市场同样巨大，随着增材制造的加速采用，Sintavia在3D打印这些关键部件方面的领先地位也会增长。该公司近日展示了3D打印的adv船舶推进系统叶轮部件，直径550mm，高度300mm，重达140公斤，采用SLM Solutions_NA NXG XII 600打印，材料为镍基合金。Sintavia强调，该部件是在美国精密铸锻件供应链完全断裂的情况下制造的。 Sintavia近日展示的大尺寸叶轮部件 Sintavia近日展示的大尺寸叶轮部件 长期以来，3D打印一直被认为是热力学系统（如热交换器和底盘）的极佳的生产工艺，它能够以传统方法无法制造的几何形状创建内部通道。Sintavia在热建模方面的专业知识使其能够制造从250⁰ C-800⁰ C使用的热交换器和底盘，具有更高的传热系数和最小的压降损失。这些热交换器和底盘的内壁可设计为150μm甚至更小，重量比传统型号轻40%以上。 Sintavia近日展示的大尺寸热交换器 Sintavia在2022年4月展示了一件超大尺寸的船用海水热交换器，整个组件的外部尺寸达到406×406×990mm，使用AMCM M4K-4打印，打印时间花费12天，材料使用镍基合金。该部件是当前已知的最大尺寸3D打印热交换器。 美国拜登政府推出的AM Forward计划，不仅仅是为了推动美国中小企业生产3D打印产品，更希望此举能够提高美国制造业的竞争力。计划要求美国的一些最大的制造商承诺从规模较小的企业采购更多3D打印部件。大型企业还承诺帮助培训相关中小企业的员工，并协助制定通用的研发和认证标准。 Sintavia近日展示的大尺寸热交换器 “AM Forward计划”的一些启示 美国对3D打印技术的扶植可谓“动作“不断，尤其是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》。结合此次推出的新计划，可以看出美国政府在促进传统制造行业积极使用这项技术，而不是单纯的给政策去鼓励这个行业发展。只有与其他制造行业互动，才是根本的扶植这项产业，这值得让我们有更多的思考。 然而，与美国相比，中国的国情大不一样。美国基础制造能力较为薄弱，在疫情期间暴露无遗，这也是拜登发出“3D打印技术是不可思议的”这样的感叹的原因。中国则不一样，我们的传统加工手段太发达，传统手段甚至可以比3D打印效率更高、成本更低。过去进行过大额投资的其他领域的制造商，后期设备闲置的太多，除了较为高端的航空航天和医疗，3D打印在国内其他行业中能够发挥的影响力与美国相比不可同日而语。 美国力促将3D打印技术扩展至高科技供应链中的更多企业有助于降低成本、提高美国中小企业竞争力，并减少大型制造商和防务承包商对海外公司的依赖。国内近几年也推出了很多政策和扶持技术发展的专项，然而，3D打印毕竟属于未来强有力的技术，政策的制定也需要考虑怎样将其真正落地。 但实际上从另一个角度去想，本文提到的美国这两项政策，一个明确的是来自国防部，另一个计划也是对通用航空、雷神公司、西门子能源、洛克希德·马丁和霍尼韦尔这样的公司提出的明确要求，这些企业也大都来自航空航天及国防制造行业。对比国内，我们也要思考，增材制造技术，到底应该在哪些行业更为深入的推进落地。 补充资料，均发布于 3D打印技术参考 视频号 欢迎关注 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Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 2.美国白宫发布更新版《关键和新兴技术清单》，3D打印再入其中，确保持续领先 3.NASA“探月”技术走进生活，增材制造技术也将融入民间 4.5月20日锁定TCT Asia Live，期待与您线上相约

过去一年，中国金属3D打印市场发展迅猛。据统计，国内拥有近百台金属机的服务厂商多达8家甚至更多。同时，随着关键性技术的攻克，增材制造的发展指向新的趋势：3D打印机逐步向大型发展，大尺寸高效成型能力逐步增强，金属3D打印迈进重量型、大生产时代！ 大尺寸设备意味着更高的工作效率，可以加快在航空航天、船舶、汽车等领域的应用，但也对打印工件的质量与精密性提出了更高的要求，打印后处理的问题也逐渐显现：金属3D打印的制造特点决定了粉末残留的必然性，如何有效清理大型工件内部残留的粉末，成为后处理的一个重要课题。 https://v.qq.com/x/page/m3333abn4ydtml 清粉3D打印后处理的重点环节 据了解，3D打印零件漫长的手工后处理和去粉化方法为制造商增加了不少成本。小型工件虽然可以人工进行清理，逃逸的粉末仍会对操作员身体健康产生不利的影响，更何况是大型精密工件？若想做好工件的清粉，做好以下几点是关键。 一是人工清粉的效率和安全问题。对于结构复杂且内部管路细密、质量较大的工件来说，人工清粉的技术有限，且不能通过摇动、振动等方法使粉末完全与工件分离，不仅清粉有难度，效率也很低下。 安全问题包括工件安全和操作工人的安全，工件安全是指若操作不当引起工件损坏，对制造商来说是致命的损失；不仅如此，清粉过程中若防护不当，操作工人长期吸入空气中的金属粉末，也会对健康造成极大的影响。 二是粉末回收再利用问题。粉末处理不到位首先会造成环境污染。金属粉末价格高昂，能有效、不影响粉末质量的情况下回收再利用能很好的降低成本。 大型工件的清粉问题要想处理好，必须在以上几点下足功夫！ TCB-100大工件清粉的解决方案 基于以上痛点，浙江拓博环保科技有限公司于2017年就开始对清粉设备进行了专门研发，并针对解放人力、保护操作员安全、保证工件安全、提高清粉效率、粉末高效回收等多个方面做了深入研究和试验，应对大型工件粉末清理的TCB-100防爆3D打印工件清粉系统由此而生。 TCB-100，针对航空航天、汽车、船舶等大型3D打印工件，可对其进行内部及隐藏空隙进行清洁工作。此系统以尽可能少量的人工操作，尽量多且高效的回收设备中残留的粉末为核心，节省时间高达90%，大大减轻人力负担，且能在惰性气体的保护下实现各种清粉操作，极大的保护了设备安全和人员安全。加之在密闭的空间内操作，操作员的劳保安全也能得到有效保障。 这一设备在实际投入使用中意义重大，对企业来说不仅意味着清粉时间的缩短，更重要的是为制造商缩短了交货时间。成本的降低，即是利润的增加，对企业来说，此类设备的使用大有裨益。 多管齐下，清粉效率大幅提升 那么TCB-100防爆3D打印工件清粉系统是如何实现高效清粉的呢？ 从负载设计上来看，大型、坚固的结构为大型工件的清粉提供了可能性，毕竟市面上少有应对大型工件的清粉设备。TCB-100防爆3D打印工件清粉系统可安装工件尺寸450x450x450mm，负载可达到130kg，此规格已能覆盖大部分市场上大型工件的清粉需求。 清粉的高效与否取决于清粉功能的设计。TCB-100针对复杂粉末路径难处理的特性，设备通过伺服电机使工件可360度立体旋转，确保无论工件内部需要清粉的粉末路径有多复杂都能够得到清理。控制工件的方式可采用程序来进行，也可通过符合人体工程学的摇杆来进行控制，并且可以通过摇杆控制工件旋转的速度。360度立体旋转，让粉末流动更加可控，也能根据实际情况加以调节，清粉更加便捷高效。 除此之外，振动装置和吹尘枪等套件的搭配使用，也提高了设备清粉的效率。设备通过振动装置对工件实施振动，从而将工件中密实的粉末被振散使其易于流动、脱落。配有吹尘枪套件用于高压吹扫狭小空间内的粉末，并且设有吸粉接口，可对接吸粉设备直接将粉末回收。如此一来，即便是复杂结构的工件，也能通过此装置顺利完成清粉的操作，粉末也能得到有效回收，不会对环境及人体造成危害。 安全防爆，更多人性化设计 后处理的过程中，除了要考虑到清粉的操作性与效率，对安全性的考虑也是重中之重。3D打印工件中的金属粉末通常都是易燃、易爆的，购置防爆设备一定要购买经过防爆认证的设备。TCB-100经过第三方权威认证机构认证，确保防爆性能符合相关规定，防爆性、安全性毋庸置疑！ 金属粉末活性高，容易造成安全隐患，提前做好防护便能大大规避风险。TCB-100的便捷操作性方方面面透露出人文关怀：全自动惰性气体保护，在线检测手套箱内氧含量、压力，面对突发情况可快速做出反应；全密封手套箱设计，在密封的情况下操作内部工件，防护到位，操作员的安全也得得到有效保障；充气密封结构，确保手套箱的高防护及氧含量的持续保持；进口耐磨、抗老化防静电手套，符合防爆要求，进一步保障操作员的安全；电器元件及PLC均采用国际一线品牌，如ABB，西门子，费斯托等，高质配件，质量有保证，保障设备的高效耐用。 作为一种专业的清粉解决方案，TCB-100还配有系统化设计，例如定制化全电动叉车、吸粉设备、筛分设备等供选配，配合清粉设备完成更加高效的运输、清粉、筛分、回收等一系列的工作。 当3D打印迈向新的发展里程，大尺寸、高精度和高性能将成为现在乃至未来设备的必备特性，也昭示着3D打印以实际行动助力着制造业产业升级。与此同时，后处理包括清粉等环节的辅助设备也将在市场占据一席之地。 2022年浙江拓博环保超大型清粉设备也即将面世，新品负载高达1000kg，安装工件尺寸高达850×850×1200mm，此规格可以涵盖到全球3D打印市场95%以上的工件尺寸。拓博希望大型工件甚至超大型工件清粉的问题将不再困扰3D打印技术的发展，将不断创新与突破，解决应用端遇到的难题。 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Q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.为大型、重型金属3D打印零件自动清粉至关重要 3.中国航天日 | 细数铂力特航天领域专用3D打印装备 4.王华明院士演讲：大型金属3D打印对重大装备结构、材料和制造业的影响

近日，3D打印技术参考获悉，知名骨科企业北京科仪邦恩医疗器械科技有限公司研发的国内首个基于激光选区熔融工艺（SLM）的3D打印关节植入物“Apex 3D 髋关节假体”，通过国家药品监督管理局（NMPA）的审批注册，获准上市！标志着激光选区熔融3D打印工艺在国内正式应用到关节置换领域！ “Apex 3D髋关节假体”采用 Ti-FOAM 3D打印骨小梁结构，经过前瞻性、多中心、随机对照临床试验后，结果表明其安全性、有效性表现优异，其对照结果优势显著。“Apex 3D 髋关节假体”在研发和制造过程中，充分将临床应用和其工艺特点相结合，最大程度发挥出激光选区熔融工艺（SLM）的高精度打印优势，其最小丝径可达到 300μm，孔隙率可达 80%，更能呈现类松质骨结构，相比传统工艺制造的微孔涂层假体能提供更好的骨长入效果及固定强度。 “Apex 3D 髋关节假体”在国内的批准上市，可为髋关节假体初次置换、翻修、个性化定制等提供更具优势的临床解决方案，同时其类松质骨的三维结构针对复杂关节置换，例如翻修手术患者以及DDH的病人提供了优异的骨整合效果，保证了最佳的骨长入，降低了手术失败风险，大大提高假体的生存率，给患者带来更多福祉！ 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Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.3D打印PEEK植入物迎来重要发展：国家药监局发布注册审查指导原则 3.视频：国家增材中心《大讲堂》——生物金属的3D打印及医疗应用 4.迈向关节3D打印的未来：Nature发布戴尅戎院士团队生物3D打印项目专访

Aerojet Rocketdyne（洛克达因）被公认为是美国航空航天和国防领域的领导者，主要服务于导弹、太空探索、国防和军备市场。其知名项目包括为NASA阿尔忒弥斯重返月球计划开发太空发射系统（SLS），以及为美国高超声速武器提供超燃冲压发动机等。 值得注意的是，在其最新的宣传中，洛克达因均将3D打印技术用于以上两个项目的相关研究和制造中。 为最新高超声速武器3D打印超燃冲压发动机，零件数量减少95% 2022年3月中旬，美国成功测试一枚高超声速导弹，但因目下皆知的局势原因未及时公布消息。这枚由洛克希德·马丁公司生产的高超音速巡航导弹从B52轰炸机上发射，以大于5马赫的速度飞行，飞行高度超过19812米，飞行距离超过482.8千米。该超声速导弹由Aerojet Rocketdyne超燃冲压发动机提供动力，而该发动机的制造采用了3D打印技术。 洛克达因表示，通过使用创新的制造技术和材料，他们不仅提高了产品性能，同时大幅降低了成本和开发时间。而在此次测试中所使用的超燃冲压发动机因使用3D打印技术，使零件的数量相比此前X-51A Waverider（美国另一款高超声速武器）的发动机零件减少了95%。 再生冷却薄壁夹层结构 超燃冲压发动机的功能要求其采用再生冷却热防护技术，即燃烧室外层需要覆盖精密流道，以实现燃料对燃烧室的冷却，因此其结构非常复杂。采用传统工艺制备，需要将其分解成数量众多的零部件、加工成型后经由复杂装备得到，由此，复杂的装配尺寸链传递将直接导致相关零部件需要具备非常高的加工精度，而且加工与装配消耗的时间也将导致燃烧室制备周期相对漫长，此外大量的零部件装配势必引入较多的附加质量，这些无效质量将使整台发动机的有效推重比降低。 超燃冲压发动机测试过程 这种特殊的结构特点非常适合采用3D打印进行一体化制造，这也是零件数量大幅减少的原因。同时，也为更好的气动热性能、制造的可负担性、可扩展性和快速制造创造了条件。实际上，不仅洛克达因，其他多个国家都在采用3D打印技术开发适用于高超声速武器的超燃冲压发动机。 为 NASA 3D打印太空发动机关键部件，质量、尺寸、成本均大幅降低 除了武器装备，洛克达因还为太空任务提供服务。本月，该公司透露使用金属3D打印技术制造了更小更轻的飞行器关键部件。最新公布的这个案例是阿尔忒弥斯计划的一部分，所制造的部分被称为“四重”反应控制系统，包括四个单独的推进器，能够控制航天器在飞行过程中的滚动、俯仰和偏航。该部件最初是为阿波罗任务创建，已有60年历史，项目团队希望重新设计并采用增材制造以提高效率。Aerojet Rocketdyne团队希望使推进器更可靠，减少整体零件数量，使它们更易于组装和维修，同时还要减轻重量。 公司航空航天工程师兼任务架构师表示，在整个阿波罗计划期间，美国宇航局生产了650多个这种推进器来支持六次登月，花费了巨额资金，然而对于所有复杂的任务，越是负担的起，确保完成的机会就越大，而金属3D打印在此方面发挥了关键作用。 四推进器模块传统与现代的设计 重量减轻可以降低发射成本，同时还允许在飞行器上放置更多组件，从而可能延长服务期或提高其任务能力。而易于组装则将降低制造成本，特别是可能面临整体项目时间表经常被压缩的情况，同时由于组装工作通常需要在洁净室环境中进行，因此易于组装非常重要。 零件数量的减少使公司更容易迭代新设计，这也意味着需要制作的工具要少得多。这显著减少了工艺开发的时间并降低了成本，更少的零件意味着更少的流程和工艺步骤，以及更少的零件和材料之间的相互依赖性。只要3D打印步骤得到很好的控制，就可能更容易达到目标。这确实意味着将风险更多地集中在作为一项技术的3D打印上，但这可能意味着更少的紧固件、焊缝、胶水和其他材料的相互作用而导致的意外故障。 优化的喷射器模块内部结构 然而，所有因制造产生的成本都是其次，因为太空任务过于昂贵，如若部件发生损坏则需要人员在外太空修理，其中的风险可想而知。3D打印一体化设计和制造将这些可能的风险尽量排除，并能够增加器件的安全性。 Aerojet Rocketdyne在初步优化后采用IN718打印了概念模型，但由于悬垂问题，工程师不得不添加大量支撑来防止热变形，此后还需要去除支撑，这不仅增加了产品成本且对表面质量造成了影响。项目团队认为仍有大量轻量化和拓扑优化的空间，即便在重新设计过程中消除了大块不必要的材料，但仍不完美。最终Aerojet Rocketdyne选择与nTolpology为该项目的推进器进行重新设计，并由Velo3D提供制造服务。 优化的喷射器块的横截面 nTopology的技术人员对“外壳”喷射器主体的块状结构进行了进一步优化，在复杂流体端口和通道周围留下一致的壁厚，同时消除应力集中区域，并采用晶格结构填充由此产生的空隙，增加了它的强度和刚度。 Velo3D在业内以无支撑打印而闻名，且拥有独特的解决方案来减轻打印材料内累积的内应力，是少数能够成功打印大型复杂钛零件而不会开裂的金属增材制造系统供应商之一。最终3D打印的钛合金结构优化推进器在重量、尺寸、制造成本方面均大幅降低：与传统制造版本相比，质量仅有以前的1/5，尺寸减小了一半，制造成本也仅是此前的1/3。而且由于它包含的组件少得多，因此组装起来也更容易，在操作过程中发生故障的机会也更少。   实际打印的喷射器结构 实际打印的喷射器结构 项目团队人员表示，通过利用增材制造和先进的软件技术，与过去制造零件的方式相比，3D打印能够增加可负担性、缩短交货时间并大大提高系统性能。他们的下一步是演示这个概念模型，并将进行实际测试。 END 洛克达因公司在二十多年来一直致力于将3D打印技术整合到其火箭发动机、导弹和战术防御系统的生产过程中。公司的增材制造团队使用GE旗下Concept Laser以及EOS和Velo3D的装备来满足3D打印制造需求。洛克达因高级项目经理在2020年就表示，公司多年来不断加深对3D打印材料、工艺及设计的理解，掌握不同系统组件使用温度范围（-254~3316℃）内的材料特点，彼时已开发了至少11种合金；其他还包括如何依赖设计实现组件整体、一体化制造，从中节省成本、加速设计迭代。 注：视频演示请查看3D打印技术参考视频号。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext + PM South China解锁增材智造新技能！ 3.兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 4.中国日报海外版：3D打印加速中国导弹生产

由于金属3D打印过程的复杂性，航空航天部门对采用这种工艺制造的零件的安全性长期存在质疑。用户往往对3D打印零件的机械行为、使用性能及其后续的变化缺乏足够的理解，同时对3D打印过程中的缺陷产生、微观结构表征以及零件热处理等经验不足。 3D打印技术参考获悉，为消除航空航天领域3D打印技术的使用障碍，法国IRT Saint Exupéry研究所于2016年联合20家单位共同发起了一项名为ANDDURO的项目，旨在确定加工条件（机器、参数、热后处理等）与材料质量之间的联系，共同建立一个与金属增材制造相关的、综合多重因素的，且包括机械性能、微观结构和工艺参数之间关系的数据库。项目总预算1720万欧元——私营部门出资27%，公共部门出资73%，历时59个月完成。 这个庞大的参与团队包括粉末制造商、零件制造商、专门从事零件后处理的合作伙伴和工业最终用户以及学术单位，其中就包括空客、欧瑞康、赛峰、利勃海尔等这些大力投资增材制造的公司。通过对过程典型缺陷进行表征，研究缺陷对机械性能的影响，确定缺陷检测所需的控制手段和条件，评估材料在寿命条件下的稳定性，建立涵盖多个主题的知识库和确定的执行方法。 ANDDURO项目专注于研究航空工业中使用的3种主要合金：铝合金、钛合金和镍基高温合金，支持对粉末床熔融（包括电子束熔化和激光熔化）条件下的材料和工艺进行认证。 项目实施航空航天领域的参与人员多达15家，但各家的水平实际上参差不齐。为提高每个行业成员对技术的认知水平，项目对所有的制造步骤进行了确认和控制，以最大程度减少不确定性，并在项目进行中保持连贯。项目成员可以获得大量的资源，包括13 台工业3D打印机，用于膨胀和热处理的各种熔炉和烘箱，以及热等静压设备；其他必备的仪器还包括X射线显微断层扫描仪、金相制备装置、显微镜、热分析装置、硬度计以及机械试验机等等，分别对材料的显微组织及机械性能进行研究。  项目围绕缺陷的危害性和相关验收标准的确定等主题实施详尽而稳健的研究计划，或开发适合3D打印工艺所产生的微观结构的优化热处理工艺；实施长期等温老化测试（长达10000小时，近14个月），评估粉末床熔融3D打印制造的金属合金的微观结构和机械性能的稳定性；确定和探索金属增材制造的未来发展，如研究更多的材料或提高技术生产率。 项目成果由100多个不同平台制造的5500多个样本形成的数据最终实现结构化，与原材料、样本、最终部件及其机械特性相关的数据完全可追溯。3D打印技术参考发现，为了让更多的人都更好地了解粉末床金属增材制造的潜力和挑战——ANDDURO团队选择了46个可交付成果中的11个来共享给从业者。以下为主要的研究成果： 在表征方面 确定了金相制备方法，包括特定的化学和电化学腐蚀条件，揭示了粉末床熔融3D打印零件的微观结构。还对透射电镜试样的制备方法进行了研究，特别是铝合金； 确定了粉末床熔融3D打印零件的微观结构表征方法，如光学显微图像、扫描电子显微图像（SEM）、透射（TEM）或电子背散射衍射（EBD ）等等； 确定了粉末表征方法； 确定了无损检测方法，包括X射线显微断层扫描，无论是在这些表征的能力和局限性方面，还是在生成数据的开发和调度方面。在机械测试之前、期间和之后在试样上使用这种方法，不仅可以更好地识别增材制造造成的结构损坏模式，还可以跟踪热处理后的缺陷比例和形态演变； 确定了使用膨胀计或差热分析的热分析方法。 在材料方面 确定了工艺参数、制造条件、工件几何形状对微观结构和宏观力学性能的影响； 对粉末床熔融3D打印的合金进行热机械处理。这项工作促进了创新的热处理和热机械处理（时间、温度、压力和冷却循环）的发展，可以直接在工业环境中使用； 识别和量化了在长期热老化过程中3D打印合金的微观结构和机械性能（应力和抗疲劳性）的演变； 建立了控制缺陷产生的方法（尺寸和位置）。这些受控缺陷对3D打印材料的机械性能会造成影响，研究成果给出了允许的临界缺陷尺寸和工业尺寸标准。 在流程方面 在电子束熔融和激光束熔融设备上完全控制与制造相关的数字链； 处理和管理不同类型和粒度的粉末，涉及与制造周期所有阶段（粉末制备、机器、清粉、回收、储存等）操作员安全相关的技术需求和要求； 为了更好地控制粉末床激光熔融制造的过程，设计了一个实验台，大大提高了此类制造设备的设计、现场控制以及完整操作方面的技能。 共17份文件，已上传QQ群（838951316），文件名：ANDDURO研究成果。 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.国外3D打印从业人员如何进行职业培训和资格认证 2.爆款集结！中国3D打印机大厂纵维立方春季发布多款新品 3.3D打印复杂结构热交换器并将其一分为二 4.电子元件细微复杂结构的精确制造，增材制造做到了

通过重新熔化粉末或丝材，使每台3D打印机基本上都成为了自己的铸造厂。然而，打印部件确定且且可重复的机械特性仍然是应用端面临的主要障碍。 此外，3D打印零件件的真空热处理也在发展。由于与传统生产的零件相比，增材制造的零件显示出截然不同的机械行为，因此与此过程相关的热处理也有所不同。由于大多数金属3D打印工艺都涉及高温熔化和快速冷却，因此零件通常具有极高的内应力。 为研究机械性能而打印的不同取向的拉伸试样 这些固有应力对零件来说可能是优点，也可能是缺点。当内部应力对最终产品有害时，真空应力消除似乎是对3D打印部件执行的最普遍和最重要的热处理工艺。普及度略低一些的其他真空热处理工艺包括真空退火和真空烧结。 随着增材制造技术的应用越来越广泛，制造商通常会与商业热处理商签订合同，为其执行关键的热处理，当然大型服务商也会采购专业的热处理设备进行内部处理。当前业内普遍应用的热处理炉包括真空炉和气氛炉。前者必须配备扩散泵以达到深真空水平，并且必须具有极其严格的温度均匀性；而后者不必配备扩散泵，真空度水平较低，通常需要氮气或氩气保护，但热处理过后的零件通常表面被氧化。 增材制造需要的关键热处理设备——真空炉 粉末床熔融和粘结剂喷射金属3D打印零件热处理面临的风险 3D打印的组件的通常是“近净形”的零件，真空炉的气氛条件必须满足要求。热处理完成的钛或镍基合金零件表面如果出现污染可能导致零件报废。因此，制造商通常会坚持只使用昂贵的全金属高温区真空炉来进行热处理。真空热处理企业必须重视这一要求，一定要明确这种要求所关联的风险。 粉末床熔融工艺仍然是当前应用范围最广的金属3D打印技术，这种基于粉末的层层制造工艺极易附着甚至将粉末沉积在内腔、盲孔和冷却通道中而难以去除。 如果不能采取完善的预防措施，无法使用的可能不仅仅是零件，更有可能会对昂贵的真空热处理炉造成损坏。由于打印零件中仍有松散粉末，在热处理过程中，从部件内腔掉出来的粉末使钼制高温区被严重损坏。补救措施只能是将加热片翻面使用，用氮气彻底吹扫整个部件，以及只在全金属高温区内处理没有空腔的实心SLM打印的部件。 掉出的钛粉粘结到钼制发热元件上 对于处理粘结剂喷射技术成型的零件，通常首先需要将零件在常压炉中进行脱脂，在该过程中大部分的粘结剂会被去除。但在随后的高温真空烧结过程中，剩余的粘结剂会释放和挥发出来，这些有害的粘结剂会附着在真空炉的低温区域，如水冷机或真空泵。因此，如果对粘结剂喷射技术3D打印的零件进行烧结，需要配备专门设计的真空炉，并且该炉型需要具有粘结剂回收装置。 真空泵被污染后的对比 热处理过程中的其他关键要素 3D打印工程师需要明白，只有当构建基板与成型材料的成分相匹配时，才能得到最好的结果。此外，打印部件的最大厚度也应与构建基板的厚度非常接近。匹配的构建基板成分和尺寸有助于在热处理过程中获得更稳定、无裂纹的3D打印部件。 由于打印断面和构建板厚度匹配不当在热处理过程中产生裂纹 此外，在热处理过程中，构建基板本身通常与打印部件的温度曲线难以相匹配，直接将热电偶放置在打印部件内部便非常重要。3D打印允许较高的设计自由度，因此热处理商往往要求在打印部件的最厚横截面内设置一个打印孔以便放置热电偶。如果不允许这么做，则应当在构建板上放一个与最大厚度相匹配的模拟块并预先钻好孔。 构建板本身通常不能反映出所打印部件的温度分布，因此绝不要在构建板上钻孔和接线 3D打印的复杂零件又是可能包含盲孔、空腔、暗槽或密封的冷却通道，在真空热处理过程中，任何压差都可能导致打印部件产生裂纹甚至爆裂。因此，所有3D打印出来的内部几何形状都必须有一个通畅的排气路径。 在对3D打印的零部件进行真空热处理前，都应当至少在1300℃左右进行适当的烘炉， 真空漏率应当小于每小时5微米汞柱。许多打印部件都有很大的应力，一定要在多个预设温度下保温，并且缓慢地加热和冷却。 除进行规定的热处理之外，构建基板还需要进行蠕变校平处理，校平时需要压上重物，蠕变压平可以使基板重复使用。 在关键位置压上重物对构建板进行蠕变校平 END 金属3D打印如今正在航空航天、医疗、汽车等行业发挥重要价值，对热处理的需求也在稳步增长，国内外目前相关的服务数量增长明显。 可重复性是金属3D打印技术追求的重要目标，不仅仅是能够降低生产成本，更能够提高技术的可靠性。事实证明，真空热处理对整个增材制造工艺的成功应用起着非常重要的作用，这个链条上所有参与者都必须接受。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.全面回顾金属增材制造零件的断裂与疲劳特性（二）——缺陷与后处理手段 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.罗罗通过3D打印设计和制造有史以来最大航空发动机的关键结构 4.美奥本大学与EOS深入研究3D打印铝合金部件的结构完整性

钛合金具有比强度高，耐蚀性好，高温力学性能优良等特点，可满足航空航天高机动性、高可靠和长寿命零部件设计的需要，其应用水平已经成为衡量航空及航天器选材先进程度的重要标志，同时钛合金具有良好的生物相容性，弹性模量与人体骨骼接近，在医疗领域也是一种重要应用材料。虽然钛具有诸多优良特性，但其加工一直是一项难题，钛的低热传导率、加工硬化、低弹性模量等因素造成传统机加工手段制造钛合金构件难度较大，材料利用率低，周期长，成本高，而等静压、注射成形、放电等离子烧结等方法又难以克服氧含量和孔隙率高等瓶颈问题。 增材制造作为近净成形技术的一个新方向，大大减少了工序并缩短了制造周期，非常适用于复杂结构和定制化零件制造，而且材料利用率高，其技术优势与钛的应用领域需求具有天然契合点，同时增材制造能够规避钛的加工难题，钛的不利于传统机加工的诸如低热传导率特性反而有利于粉末激光成型，因此自金属增材制造技术兴起之后，钛合金被率先投入使用并迅速铺开，由此也带动了粉末材料的需求。当前全球增材制造用钛粉年用量在1000吨以上，在整个增材制造金属材料中仍然占据主要市场。 2014-2027年钛合金3D打印粉末总消耗量预测（来源：SmarTech） 增材制造用钛合金粉末制备 粉末材料作为金属增材制造的最主要基础原材料，是增材制造产业链中的重要组成部分。金属粉末特性对增材制造工艺稳定性、成形精密性和产品组织性能有关键影响。钛合金增材制造以钛合金粉末为原料，粉末粒度分布、纯净度、空心粉含量、流动性、松装密度等对成形件性能起着至关重要的作用。 不同增材制造工艺所适用粉末特性有所差异，但基本要求都是成分纯净、粒径分布窄，流动性好。基于上述要求，应用于增材制造的金属粉末多为球形粉末，制备工艺也以球形粉末制备技术为主。金属增材制造中常用铝基、铁基、铜基等材料大多采用坩埚熔炼气体雾化制备，但由于钛具有极强的化学活性，在高温状态下和绝大多数的单质和化合物发生反应，因此为保证钛合金粉末的纯净度和低含氧量不宜使用传统坩埚方式熔炼。当前球形钛粉制备技术集中于电极感应熔炼气体雾化（EIGA）、等离子旋转电极（PREP）、等离子火炬雾化（PA）和射频等离子球化（PS），几种方法均为无坩埚形式。 国内外主要增材制造钛粉供应商多以上述几种制备技术为基础，而且不同制备技术分别形成了代表性的设备和材料供应商，如德国ALD公司代表了EIGA设备的最先进水平，以PA技术为基础的AP&C几乎是高品质球形钛粉的代名词。几种钛粉制备方法在粉末特性、设备成本和生产效率方面各有优劣，但不可回避的一个问题就是细粒径粉末的制备成本。近几年铺粉用钛合金粉末市场价格已经大幅降低，但单价仍然明显高于其他增材制造粉末，一方面是由于钛本身材料价格高，作为高活性材料处理成本也高，另一方面和当前钛粉制备技术的细粉收得率和生产效率直接相关。虽然当前粉末成本并不是金属增材制造的最主要成本，钛的主要应用领域对价格也并不过分敏感，但在粉末需求不断增长的大背景下，降低成本是必然要求，因此开展钛粉制备技术开发和工艺优化具有重要意义。对球形钛粉制备而言，提高细粉收得率和相对连续工艺生产都是制备关键技术。 据3D打印技术参考了解，有研科技集团下属北京康普锡威科技有限公司（有研增材技术有限公司）为解决钛及钛合金粉末制备存在的熔炼与雾化技术问题，将高频感应熔炼技术与气雾化技术相结合，并采用紧耦合结构的雾化器结构设计制备微细球形钛及钛合金粉末，提高了细粉收得率，同时可实现密闭条件下的连续生产，进一步降低了钛合金粉末的生产成本。相关成果曾获中国有色金属工业科学技术一等奖。 增材制造用钛合金种类及应用 钛合金存在α和β两种同素异形体，一般在882℃发生α↔β的转变。通常来说，根据钛合金中α相和β相的含量组成可将钛合金分成α钛合金、β钛合金、α+β钛合金三类，我国分别以TA、TB、TC表示。α钛合金是由α相单项固溶体组成，组织形态比较稳定，始终以α相形式存在，因此具有良好的高温稳定性和可焊性，但是其室温强度和塑性较差。β钛合金晶体结构为体心立方（BCC），其变形能力优于密排六方（HCP）结构的α钛合金，具有较好的塑性和室温强度。α+β钛合金可以通过调整合金元素成分调控α和β的相对含量从而达到提升合金成形性和力学性能，但这都是以牺牲其焊接性能和抗蠕变性能为代价。 在增材制造领域中，目前α+β钛合金应用最多的是TC4，具有良好的耐蚀性、焊接性，可通过热处理调整组织及性能，在航空航天和医疗领域广泛使用，可在350℃以下长期使用；随着增材制造应用的不断拓展和轻量化要求的不断提高，越来越多航空航天零部件希望拥有更高的高温强度和稳定性部分替代密度较大的高温合金和不锈钢，同时又兼具良好可焊性的需求，α钛合金无疑是一个很好的选择，目前应用较为成熟的是TA15合金。TA15合金长时间（3000h)工作温度可达500℃，瞬时（不超过5min)可达800℃。450℃下工作时，寿命可达6000h。 >>>> 常用增材制造用钛合金粉末产品 表1增材制造用钛合金粉末化学成分表 表2增材制造用钛合金粉末特性（来源：康普锡威） >>>> 产品样例（TA15） ■应用场景TA15合金是一种高Al当量的近α型钛合金，具有良好的高温强度、稳定性、耐热性、耐腐蚀性及焊接性能等一系列优良的综合性能，用于制造飞机的风扇，压气机盘及叶片等工作温度较高，受力较复杂的重要结构件，是一种重要的飞机和发动机结构用钛合金材料。 ■力学性能： 表3退火态3D打印TA15力学性能（来源：康普锡威） END 钛合金在金属3D打印材料市场中一直处于领先地位，根据《Market Analysis Report》，其在2019年占全球收入的65.3％，这不仅取决于用量，也取决于价格。航空航天业采用3D打印制造钛合金原型成为促进增长的主要因素，而它在重量、强度和腐蚀性方面满足行业要求的能力使其能够保持可持续性的增长。 得益于应用市场的发力，钛合金粉末的价格在近年来快速下降，无论国产还是进口，价格基本在1300-1800元/公斤，并还有进一步下降的趋势和空间。得益于此，钛合金3D打印的应用领域也逐渐超出航空航天的应用范围，开始向汽车及大工业领域拓展， 国产钛合金3D打印粉末市场正在蓬勃发展。 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.Ti-6242 | 一种用于关键任务应用的高性能3D打印钛合金 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.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 4.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文