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）

铝合金的蠕变变形对于长寿命部件至关重要，尤其是在与导热和导电性能相关的应用中。随着铝合金3D打印应用的增加，了解这种工艺如何影响蠕变行为非常重要，特别是在200–450°C温度范围内。当前一些研究过的3D打印铝合金的抗蠕变性并不乐观，例如3D打印的Al-Mg-Zr在400°C峰值时效处理或260°C蠕变过程中的，蠕变阈值应力降低了65%；同样，3D打印的Al-Mg-Si在225℃施加100–130MPa的压缩载荷，样品只保持了65小时。3D打印铝合金的蠕变主要归因于两个问题：合金中存在的细化晶粒可能导致晶界滑动，以及缺乏抗粗化强化相。 近日，来自橡树岭橡树岭国家实验室的研究团队提出了一种新的基于Al-Ce-Ni得共晶体系。在铸造文献中，基于该体系的三元共晶合金具有高体积分数（>20%）的亚微米Al11Ce3和Al3Ni析出物，这些析出物在高达400°C的温度下具有抗粗化能力，有助于在时效至400°C后保持铸态硬度。由于这种三元共晶系统显示出在高温应用方面的前景，因此它被选择用于增材制造研究，如Jackson-Hunt模型所述，通过高凝固速度的微观结构细化可以增强共晶合金的强度。 已经开发出多种适用于增材制造工艺的铝合金 由于3D打印的Al-Ce-Ni-Mn合金不可热处理，也就是说，预计不会发生沉淀硬化，强度只会随着暴露在高温下的颗粒粗化而减少。因此，抗粗化性能和经过精细的微观结构的结合对AM-Al-Ce-Ni-Mn合金的高温性能至关重要。 通过跨多个长度尺度的微观结构分析以及对环境和高温机械性能的评估，研究人员发现Al-Ce-Ni-Mn合金确实是一种有前途的耐高温应用轻质铝合金，可在250-400°C温度范围内应用。与传统铸造高温合金相比，抗蠕变性在300-400°C时特别出色，考虑到10-100μm的小晶粒尺寸，这是一个意想不到的结果。考虑到现有的3D打印铝合金普遍存在的低蠕变性能，本文的结果颇出人意料，从而为未来抗蠕变3D打印铝合金的设计提供了几个重要的考虑因素。 铝合金3D打印应用 通过对微观结构和力学行为的广泛表征，得出以下结论： 1.合金在应力消除后微观结构很复杂，含有高体积分数（~35%）的球化亚微米金属间相。通过原子探针断层扫描，发现了至少四种不同的金属间化合物相，观察到的相的组成与热力学计算一致。铝晶粒大部分呈柱状并与构建方向对齐，晶粒宽约10微米，长约100微米。 2.在450°C下进行2小时的去应力退火会产生抗粗化的微观结构，因为在350°C下无载荷退火下，初始平均析出物半径118±29nm保持不变长达200小时。在400°C等温时效200小时后，平均析出物半径增加17%。在蠕变载荷条件下，抗粗化能力略有下降，在350°C下测试312小时后，析出物半径增加了37%，在400°C下测试747小时后，析出物半径增加了82%。 不同测试环境下铝合金的性能 不同测试环境下铝合金的性能 3.室温屈服强度为258±4Mpa，与在考虑晶界、固溶体和Orowan强化时所计算的结果接近，并预计载荷传递会带来额外的贡献。在室温下获得了可观的10±1%的拉伸延展性。400°C时的屈服强度为70±1MPa，比该温度下的Al-10Si-0.3Mg高约60MPa。消除应力后，在300和350°C等温时效200小时后，显微硬度保持在~110HV不变。在400°C时效200小时后，显微硬度略有下降11%。 4.3D打印的Al-Ce-Ni-Mn合金在300-400℃的抗蠕变性优于铸造高温铝合金如Al-12.5Ce、Al-6.4Cu-0.19Mn-0.13Zr和Al-0.10Sc-0.12Er。源自高体积分数的抗粗化亚微米析出物，这些析出物是扩散控制位错爬升的有效屏障，同时还提供负载转移。这些微观结构特征为未来抗蠕变3D打印铝合金的设计指明了方向。在T≤350°C的应力水平下没有观察到扩散蠕变，这表明晶界处的析出物是扩散流动的有效屏障。 除了Al-Ce共晶体系，也包括基于Al-Ni、Al-Fe和Al-Cu共晶体系。这些体系不仅具有固有的抗热裂性，3D打印加工相关的快速凝固还可以细化这些合金中的共晶结构，从而产生与Al-Si-Mg相当的室温机械性能。除了可打印性之外，新型共晶合金还有另一个优势。与Al-Si-Mg合金不同，几种合金中的强化相抗高温粗化，表明它们将具有优异的高温机械性能。由于共晶合金不含昂贵元素，例如Sc，它们是一种成本较低的替代Al-Sc基高温合金的材料。 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： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.新突破：国内研发出超600MPa超高强3D打印铝合金 3.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 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

材料在使3D打印成为真正的生产技术中起着关键作用。根据捷普的一项调查，41%的受访用户认为，引入更好的材料将对鼓励大规模采用3D打印进行生产产生最大影响。以铝合金为例，具有特殊性能的铝合金需求越来越旺盛，如耐高温、高强度、高韧性的特点，在兵器、船舶、航空、航天、汽车等行业中具有广泛的需求。 7月24日，我国问天实验舱发射任务取得圆满成功。由中国科学院金属研究所研制的新型铝基复合材料成功应用在问天实验舱太阳翼柔性展开机构关键部件和多个实验机柜转接件中。3D打印技术参考注意到，问天实验舱实验机柜与实验舱内壁结构采用六点式机械连接，连接件在发射过程中在剧烈震动、摩擦工况下服役，承受巨大载荷，是实验机柜载荷结构设计中受力最苛刻的零部件。中科院团队针对该工况研发出高性能碳化硅颗粒增强铝基复合材料锻件，具有低密度、高强韧性、高耐磨、良好阻尼性能及耐疲劳等优点，采用该材料替代传统铝、钛等合金，实现优异的轻量化加工制造，承受住了发射过程中的震动疲劳及磨损等，并使零件减重20%以上。 2021-2022年，3D打印铝合金材料研究不断取得新突破，一批新的高性能粉末被推向市场。本期，3D打印技术参考汇总了当前10款具有特殊性能的3D打印铝合金材料，其中6款来自国内。 1.宝航新材料推出超高强度铝合金粉末 宝航推出的这款材料将于2022年推出，是一种适用于SLM工艺的高性能铝合金粉末，其具有超高的强度（620MPa）和良好的塑性（8%）；该材料为AlMg合金体系，被命名为：HS5601（其中：HS为High Strength的简称，5表示一种5系铝镁合金，601表示第一代的600MPa铝）。 相较于AlMgScZr而言，其具有更高的强度，有望应用于航空航天及国防军工领域对高性能材料的特别需要。 宝航新材料已经能够批量生产HS5601，并有计划研制更高强度如800MPa的铝合金3D打印材料。 2. 倍丰科技耐热铝合金具备发动机常规服役25年要求 倍丰科技开发的Al250C高温高强3D打印铝合金材料抗拉强度稳定达到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。 Al250C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。 3. 陕西兴华业自主开发耐高温、高强、高韧3D打印铝合金 对于耐高温铝合金而言，其核心目标是保持良好的高温强度。陕西兴华业开发的具有自主知识产权的耐高温、高强、高韧3D打印铝合金AK09系列具备优异的室温和高温性能： • 室温性能：抗拉强度500MPa，屈服强度420MPa，延伸率17%； • 250℃高温性能：抗拉强度290MPa，屈服强度280MPa，延伸率18%； • 350℃高温性能：抗拉强度200MPa，屈服强度200MPa，延伸率11%。 通过研发试制，材料性能稳定，目前已开始小批量生产交付。 4. EOS推出一种耐高温应用的3D打印高强铝合金 EOS推出了一种专为增材制造设计的新型铝合金Al2139AM，该合金可在高达200ºC的高温下提供卓越性能，是EOS推出的强度最高的3D打印铝合金。改进的强度特性为客户带来了新机遇，可以在不影响强度的情况下显著减轻零件重量。 据介绍，3D打印的Al 2139AM在热处理状态下的屈服强度和拉伸强度约为500Mpa，具有高达200°C的高温耐受性和良好的耐腐蚀性。EOS指出，该材料具有快速简单的一步热处理特点，能够减少88%的热处理时间，从而能够更快的得到最终零件。同时，3D打印的Al 2139AM零件可以进行电解抛光和阳极氧化处理。 5. 宝航新材料 除超高强HS5601铝合金外，宝航还于2022年年中向市场推出了一款新型耐温铝合金——HT4251，其能够在250℃的高温下，抗拉强度稳定在264.5MPa、屈服强度稳定在198.5MPa，延伸率稳定在15%，表现出优异的耐温性能。 传统的耐高温铝合金主要基于AlFe、AlCr或AlCu合金来做成分开发，利用Fe、Cr或Cu元素形成大量弥散分布且具有热稳定性的析出相。宝航技术研发团队则另辟蹊径，通过在AlSi合金体系中添加少量微量元素，在保证良好SLM打印工艺窗口的同时，成功实现了优异的高温力学性能。 6. 中车研究院新型高强铝合金 该高强铝合金粉末材料经批量生产以及多轮SLM技术验证，拉伸强度稳定超过560MPa，屈服强度超过520MPa，延伸率14-16%，显著优于空客公司Scalmalloy®铝合金粉末的打印性能以及其他7系锻造高强铝合金。 由于不同于空客公司Scalmalloy®的强化机制，该打印材料在215℃高温条件下的强度超过260MPa，延伸率超过10%，几乎比空客Scalmalloy®的高温性能整整提高了一倍。此外，该材料还具备优良的耐腐蚀性能，可满足国内轨道交通装备和航空航天等高端制造零部件3D打印的需求，具有广泛的应用前景和市场价值。 7. 长沙新材料产业研究院AlMgScZr 2019年2月，国内航天科工旗下长沙新材料产业研究院通过添加稀土元素及化学成分调整、后处理工艺摸索等手段，成功研制出了一种高强铝合金粉末材料，其室温拉伸强度535MPa，屈服强度510MPa，延伸率为12%。该企业一直在增材制造高性能铝合金方向努力，目前在超轻铝锂合金、超高强铝合金等方向均已形成产品。 8.美国HRL 7A77.60L锻造级高强3D打印铝合金 2019年10月，美国休斯研究实验室（HRL）开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料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，并可实现细晶粒微观结构，强度超过600 Mpa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。 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。在2019年商业化后，该材料已经在NASA和其他航空航天企业获得了大规模零部件的生产。 9.空客公司Scalmalloy 针对航空用铝合金零件增材制造需求，空客公司开发了世界上第一种增材制造专用高强铝合金粉末材料Scalmalloy，它是一种铝镁钪合金，室温拉伸强度（520MPa）、屈服强度（480 MPa）和延展性（延伸率13%）均表现出色，且具有耐腐蚀、微观结构稳定的特点，是一款专为增材制造而开发的材料。Scalmalloy旨在用于航空航天应用，早在2016年，空客就用这种材料3D打印了机舱隔断，成功帮助A320客机实现瘦身；同时，Scalmalloy的优异性能也使其成为赛车运动行业的首选应用材料。 10.Aeromet International A20X 2019年，英国铸造公司Aeromet International推出的A20X铝合金粉末经热处理后拉伸强度为511 MPa，屈服强度440 MPa，伸长率为13%，基于该材料开发的航空散热结构件已成功替代传统采用钛合金制作的中温构件，并帮助法国某型号发动机实现瘦身。 END 铝合金有着极大的使用潜力，由于材料的低密度，高强铝合金表现出优异的比强度，在室温下接近主力钛合金Ti6Al4V。为了获得类似的强度特性，3D打印的高强铝合金还需要辅以热处理过程。 金属增材制造过程独特的凝固条件极大地限制了当今可以加工的合金数量，这阻碍了金属增材制造充分发挥其改变设计和制造以及颠覆多个行业的潜力。然而可以看到的是，适用于增材制造的新型材料正在加速涌现，尤以高强铝合金最为突出。 除此之外，具有高性能的金属材料以往更多依赖进口，昂贵的价格只是限制应用的因素之一，限制进口则影响技术的发展。好在这种现象正在加速得到解决。 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Q2群：838951316；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.金属顶刊《Acta Mater》：增材制造高强铝合金的疲劳与动态时效！ 3.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 4.性能媲美锻造，西工大黄卫东教授团队开发3D打印高强、高韧铝合金

导读：2022年7月，施乐液态金属3D打印机被安装在美军黄蜂级两栖攻击舰第2号舰上——这是美国海军舰艇上部署的第一台金属增材制造装备。它的部署，是美国海军使用增材制造提高舰队战备状态战略的最新一步。 施乐液态金属3D打印解决方案通过将铝合金焊丝熔化，借助磁场精确的将液滴沉积在构建平台上并凝固，实现零件的叠层制造。其推出的3D打印机构建尺寸为300x300x300mm，最小层厚为0.24mm，铝合金零件的致密度超过99%。 这是一种基于熔融金属磁流体动力喷射的打印方法，通过利用磁场感应的压力梯度喷射液态金属液滴。根据3D打印技术参考查询到的资料，打印机控制器以预定的速率将金属丝送入陶瓷喷嘴，陶瓷喷嘴被电阻加热将铝丝熔化并在喷嘴中储存；喷嘴的周围围绕了电磁线圈，将电流脉冲施加到铜线圈上，可产生瞬态磁场，场感应与循环电流耦合，产生洛伦兹力，对熔融金属产生的压力可使液滴从喷嘴中喷出。 ‍ 整个熔化和喷嘴部分被Ar气保护，可防止氧化并对从喷孔喷出的金属液滴流提供方向稳定性。具有数字设计的计算机控制器控制加热基板在三个方向运动，热熔滴沉积到该基板上实现层层打印。 喷嘴与基材之间的距离是一个重要参数，如果喷嘴和基板太靠近，则液滴在撞击基板之前可能没有足够冷却；如果喷嘴和基板相距很远，液滴会在撞击前就已经凝固。 此外，液态金属打印中的温度梯度和冷却速率并不像基于激光和电子束的3D打印工艺中那样极端。由于喷嘴和基板之间的间隔很小，液滴在撞击前有时间冷却。与后两种工艺相比，较小的温度梯度和冷却速率可能意味着遇到的缺陷更少，如孔隙率。 然而，对于液态金属3D打印，仍然需要进行优化，以实现成本、分辨率和构建时间等因素的最佳组合。需要调整的参数包括温度、喷嘴尺寸、喷嘴与基板之间的距离。此外，还需要进行后处理来获得所需要的表面特征。构建的分辨率受液滴大小等因素的影响，影响液滴大小的因素又包括喷嘴的大小或直径、液滴喷射的速度以及单次射流是包含一个液滴还是多个液滴。 2019年2月，施乐收购这项技术的发明者Vader Systems。 2021年2月，施乐和美国海军研究生院宣布了一项战略合作，重点是推进增材制造研究，这有可能极大地改变军队供应其前沿部署部队的方式。作为合作研发协议的一部分，海军研究生院于上一年12月率先在大学校园安装了施乐ElemX™液态金属打印机。 2022年7月，施乐液态金属3D打印机被安装在美军黄蜂级两栖攻击舰第2号舰上——这是美国海军舰艇上部署的第一台金属增材制造装备。该装置是美国海军使用增材制造提高舰队战备状态战略的最新一步。 施乐液态金属增材制造技术使用标准铝合金焊丝，与其他金属3D打印技术不同相比不需要金属粉末，也不需要特殊的设施改造或个人防护设备来操作机器。该工艺需要的后处理也较少，因此提供了更快的部件制造效率时间。这种按需生产可靠替换零件的能力减少了部署部队对复杂的全球供应链的依赖。 为了应对军舰遇到的各种海况和环境挑战，打印机被安装在一个工业集装箱中加固。舰船上的一个团队将设计和3D打印舰载物品，并向海军研究生院和太平洋海军水面部队指挥官提供反馈。 关于液态金属3D打印的工艺方案还有多种，具体可参考下文： https://doi.org/10.3390/jmmp5020031 注：本文内容由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.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 3.美国防部授予ExOne粘结剂喷射3D打印移动方舱制造合同 4.拜登政府启动AM Forward计划，亲自为3D打印推动美国制造业发展站台

耐高温铝合金作为高性能铝合金的一个特殊品类，在主流铝合金材料市场上并不多见。其满足的是一类特殊的服役场合，如要求在150℃-300℃的工况条件下能够长期稳定使用，而常规铝合金在这一温度下会明显软化而失效。在航空航天等一些尖端应用场景，不只有耐热的需求还有减重的需要，如能开发出适于3D打印的耐热铝合金，则既可以实现高温应用，也能实现更加轻量化和更加优化的结构设计，从而达到耐温、减重、优异力学性能与结构优化的完美结合。 宝航新材料作为中国领先的铝合金3D打印材料制造商，经两年努力，于2022年年中向市场推出一款新型耐温铝合金——HT4251，其能够在250℃的高温下，抗拉强度稳定在264.5MPa、屈服强度稳定在198.5MPa，延伸率稳定在15%，表现出了优异的耐温性能。 自主测试的SLM制造HT4251的性能 HT4251第三方检测机构数据报告传统的耐高温铝合金主要基于AlFe、AlCr或AlCu合金来做成分开发，利用Fe、Cr或Cu元素形成大量弥散分布且具有热稳定性的析出相。宝航技术研发团队则另辟蹊径，通过在AlSi合金体系中添加少量微量元素，在保证良好SLM打印工艺窗口的同时，成功实现了优异的高温力学性能。通过对公开资料的对比可以发现，该材料与中南大学开发的AlNi合金以及美国橡树岭国家实验室开发的AlCeMn合金性能相当，下表是其性能的比较： 数据参考：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114034 值得注意的是，该材料在室温状态下，也表现出了抗拉强度552MPa、屈服强度303MPa的超高力学性能。其被命名为HT4251，HT代表High Temperature，即耐高温, 4表示4系铝合金，25表示在250℃下抗拉强度超过250MPa的优异力学性能，1表示开发的第一代250MPa耐温铝合金。该材料目前已完成三轮粉末制备及打印评测，经验证，其具有良好的打印工艺窗口，打印工艺稳定；高温力学性能稳定，已经完成较大尺寸零件打印验证。 采用HT4251新材料打印的零件 耐高温铝合金具有密度小、高温高比强度、抗蠕变、抗氧化等优点，广泛应用于船舶、兵器、航空、航天、汽车等领域。3D打印的耐高温铝合金则可以依赖复杂结构的制造优势以及铝材料质轻的特点进一步实现突破。 当前，适用于3D打印的高性能耐高温铝合金的种类依然品类极少，HT4251的问世将增加高端应用行业对这种材料的选择。关于该材料的测试样品申请，可联系该公司刘经理，15210565071（同微信）。 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.新材料——EOS推出一种耐高温应用的3D打印高强铝合金 2.盘点：2021年值得关注的3D打印新材料及成型工艺突破 3.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型 4.性能媲美锻造，西工大黄卫东教授团队开发3D打印高强、高韧铝合金

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

这一两年，在铝合金3D打印材料领域，高强铝可以说是热度颇高，不少行业从业者对这款材料翘首以盼。但就笔者所了解的情况来看，高强铝的实际应用可谓寥寥。造成这种现象一定是发生了什么问题，那究竟是哪里出了问题呢？笔者试图揭示这一状况。 什么是3D打印高强铝 高强铝是相对于普通铝合金而言的。如今，AlSi10Mg的成熟度已经非常高，但该材料的抗拉强度仅300MPa，屈服强度仅200MPa，强度较低。虽然对于一般的应用场合能使用，但是对于高承载应力的结构件应用场合，则不能满足要求。因此，市场上迫切需要高强铝的3D打印材料解决方案。 一个自然的想法是把传统高强度的变形铝合金（如2024、7075等）制成粉末，然后验证看能不能打印。但是很可惜，经过验证，这条路是走不通的。因为硬铝的成分是基于传统制造工艺来设计的，对于新兴的这种增材制造的工艺并不适合。一个重要的原因是，增材制造的熔池在凝固时的冷却速度远高于传统制造工艺（如铸造），这就会带来传统的材料成分设计不能适合这种快速冷却的环境而产生开裂现象。因此，必须为增材制造开发专用材料。 在这种背景下，空客的Scalmalloy应运而生了。这应该是首个专为增材制造工艺开发的且商业化运用较为成功的一款材料，而Scalmalloy正是基于Al-Mg-Sc-Zr体系。应该说Al-Mg-Sc-Zr体系并不是空客率先开发的，因为Al-Mg-Sc-Zr很早就在航空铝材中得到应用，但空客是第一个将这种材料体系应用于增材制造且大获成功的，并将这种粉末命名为Scalmalloy。据称，空客为开发这款材料历时十年。 当然，空客为了能获得商业上的利益申请了多个国家的专利。在某种程度上，这个专利具有太大的宽泛性而让后来者无法规避，这也是当前高强铝3D打印材料面临的困境之一。 话说回来，因为AlSi10Mg的性能不够，所以需要高强铝，因为传统硬铝的成分不能够3D打印，所以必须为3D打印专门开发高强铝的成分。又因为空客率先成功实现了Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的成功开发并采取了专利制约的手段，所以后来者不得不另辟蹊径，开发新的高强铝成分。所以什么是高强铝？从广义上讲，3D打印高强铝是指专为金属增材制造工艺开发的能实现室温下抗拉强度不低于450MPa的一种高强度铝合金3D打印材料，当然延伸率也不能太低（应不低于8%）。至于屈服强度的下限应该设在哪，也是一个仁者见仁智者见智的问题。比如，Scalmalloy将其下限定在470MPa，而宝航的内控标准则将其定在520MPa。 因此，高强铝的屈服强度至少2.25倍于AlSi10Mg，这就会带来应用范围的急剧扩大。甚至在某些场合可以替代钛合金，因为铝的密度仅为钛的约60%。因此，Scamalloy在刚推出时就强调了其比强度与钛相当，而质量更轻的优势。 无论如何，空客走在了前面，后来者想要加入，无非是两条路：一是在Al-Mg-Sc-Zr的体系上继续优化；一是开辟新的成分。 走优化路线的后来者，其实相当于是在前人走过的路上继续走下去。这样成本相对低，风险也小，因为这被证明了是条正确的路，所需考虑的是成分如何优化以及是否事实上造成了侵权。因为空客证明的是一种Al-Mg-Sc-Zr的成分体系，但是在具体元素的含量控制方面并不是没有可做的空间和优化的空间，比如Mg、Sc、Zr具体的成分范围多少合适？要不要加入微量元素？如何保证材料成分的均匀性？做这样优化的工作并不能说后来者没有贡献，空客也不可能一个公司把这个成分体系里的所有成分都研究透。所以后来者沿这条路走是否造成侵权，也是个值得讨论的问题，目前国内多家单位和制造商均采用这个体系。 走开辟新成分者，也取得了一些成果，大体有四个细分派别： 一是纳米强化7075体系，这个最早在2019年就被报导。由美国休斯研究实验室（HRL）开发的锆基纳米颗粒形核的7075材料，被证明能够避免易开裂问题，且强度超过600MPa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。但据笔者了解，虽然该材料体系已经被作为一个新牌号列入铝的国际标准，但在商业化的应用进展上则较为有限。 二是Al-Mn-Sc体系，这个体系由莫纳什大学吴鑫华院士领导的研究团队成功开发。这个材料被命名为Al250C，据称其抗拉强度超过600MPa，屈服强度可达580MPa，延伸率11%，且制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。这个体系在国内也进行了一些开发和应用。 三是TiB2增强AlSi10Mg体系，这个体系由上海交通大学王浩伟教授团队开发成功，可实现抗拉强度530MPa，延伸率达到13.5%，已经在民机项目上得到了应用。该材料体系在商业化的运作上投入较大，成立了专门的公司，建立了生产制造基地。 四是纳米陶瓷增强AlCu体系，这个体系由英国铸造公司Aeromet International推出，被命名为A20X，该材料经热处理后拉伸强度为511MPa，屈服强度为440MPa，延伸率为13%。该材料体系在商业上也获得了较大推广，国外不少设备商将其列为可用材料之一。 总结来看，国外市场高强铝得到应用推广的主要是两种材料，一个是Scalmalloy，一个是A20X。当然也还有一些其他的材料体系（比如俄铝推出来的不含Sc的高强铝），可能也开发出来了，但没被报道或者影响力有限。就国内高强铝的市场而言，主要有Al-Mg-Sc-Zr、Al-Mn-Sc-Zr、AlSi10Mg/TiB2三个体系在形成销售。此外，国内某公司还提出了一种基于Al-Mg-Er-Zr的体系，未知效果究竟如何。 以上就是高强铝3D打印材料的大概情况。 阻碍高强铝应用的是哪些因素 阻碍高强铝应用的原因主要有如下几点： 1）认知问题 阻碍新材料得到应用的一个大问题就是认知问题。因为用户并不知道有这样高性能的材料出现，或者不知道这样高性能的材料具体表现如何（因为市场上总会存在着大量的夸大宣传和夺人眼球的华而不实的东西），或者不知道怎么来用，或者又不知道从哪里购买到。这当然需要行业内真正的从业者来宣传、来推广，来做些切实的工作，也有赖于用户对新材料抱有好奇心，愿意去尝试，去学习新知。 2）专利问题 最主要的是针对Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的专利问题，当然Al-Mn-Sc体系或者其他体系，估计也会存在类似问题。但空客的这份专利问题尤为突出。空客在中国以空中客车防卫和太空有限责任公司为申请人，申请了一份名为：用于粉末冶金技术的含钪的铝合金的专利（专利申请号为：201611272966.6）。其专利对该含钪铝合金成分做了如下规定： Mg: 0.5 -10 %；Sc: 0.1 - 30%；Zr: 0.05 - 1.5%；Mn: 0.01 - 1.5% 当然还有一些其他微量元素。但是这样的一份如此宽泛的范围，可以说违反了材料学的常识。因为如果专利保护的是如此宽广的范围，那材料学所要进行的成分研究可以说毫无意义。实际上材料对成分是极为敏感的，一些元素的极小含量的改变都会造成材料性能的极大变化，这才使得进行材料优化这样的工作具有实际意义。 但是空客的专利无疑是悬在头顶的一把达摩克利斯之剑。你要使用这个材料体系，就绕不过它这个专利。这在某种程度上，是国外先进的公司采取的一种限制竞争者的手段。但我们已经面临太多类似状况了，所以用户不敢轻易使用是可以理解的。但是这里仍需指出这样的专利保护是有问题的，或者至少是不妥的。 3）成本问题 以Al-Mg-Sc-Zr高强铝粉末材料为例，市场上其售价高达1500-2000元/kg，相比而言AlSi10Mg价格则不到400元/kg，而同期TC4的价格已经低至1200元/kg。用户会认为，这个比钛合金价格还高的高强铝真的有应用的必要吗？这里需要解释下Al-Mg-Sc-Zr高强铝粉末成本高昂的原因。 最主要的还是当前需求量少，当期摊销成本就高昂下不来。其次是原材料价格贵，尤其是AlSc原材料，高达几百元/kg，是常规铝材料的几十倍，而且受到国际形势影响，现在铝价也在持续上涨。再次是工艺成本，由于加入了高比例的合金元素，因此会造成成分的偏析和雾化的不顺畅，这就造成产量的低下，单位成本自然过高。与此同时，我们应该客观地看到，钛合金在其应用之初也高达2000-3000元/kg，甚至AlSi10Mg也高达1000元/kg。尤其是在进口商一家独大的情况下，材料价格更是居高不下。反之，正是由于国产材料商的加入和努力，3D打印材料的价格才越来越亲民，与此同时，应用范围也进一步扩大。如果基于这一点，行业也应该团结起来，商量针对Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝专利的对策。 如果未来其市场需求量能达到上百吨级，则笔者大胆预测Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的价格可降至与钛合金持平甚至更低。 4）打印工艺问题 这个问题涉及到实际的使用层面。当然会有一部分先驱愿意去尝试新的材料，但是这种Al-Mg-Sc-Zr材料的打印并不如AlSi10Mg那样简单。虽然其工艺窗口较其他体系的高强铝更为宽泛，但由于其含有较大含量的Mg（Mg是一种极易挥发的元素），因此在打印过程中会产生大量黑烟。在工艺控制不好的时候，还会产生孔洞。最关键的，这种材料在打印过程中还会产生大量细小的黑渣，而这就会在风场控制不好的时候，沉积在打印层的粉末上，从而给后来的成形带来性能隐患。此外，高强铝顾名思义，其强度是很高的，但应力也很大，要如何规避高应力带来的风险？这就涉及零件在打印的时候需要考虑对模型做合适的摆放、需要加入合理的支撑，以及设定合适的热处理制度和步骤。Al-Mg-Sc-Zr体系材料之所以实现高强度，是因为该材料在热处理时生成了大量细小弥散的Al3Sc（Zr）相，其尺寸可达到纳米级。因此该材料又不同于普通的AlSi10Mg。以上这些都是专业的知识，非经大量实际的摸索不足以理解这一材料体系。 从这里还可以看出，材料又和设备是相关的，因为不同的设备会在激光、风场、软件、硬件等配置上存在或多或少的差别，这就造成虽然是同一种粉末，可能打印参数就不一样。这就需要投入时间来根据特定设备做材料参数开发的工作，这需要设备商的参与。 5）前期投入问题 从以上的论述可以看出，高强铝不只粉末材料价格高昂，且在打印开发时还会面临一系列的问题，这都需要不低的前期投入。那对于一般的工业制造企业而言，在未来市场不明确的情况下，贸然投入一笔经费来做新材料的开发确实会很有风险性。尤其是对于一些“老板式”的企业来说，更是如此，必须把每一笔钱用在刀刃上。因此，投入的动力不足也是高强铝遇冷的原因之一。 6）应用范例问题 应用范例是高强铝真正核心的问题。就是作为一款高强度性能的材料，究竟在哪些地方能够发挥它的作用？前面已经谈及这种材料价格偏高，因此必然把它的早期应用，限制在一些对成本不敏感、但对性能有超高追求的领域，如航空航天。目前铝在航空航天的应用仅仅是一些非关键结构件，或者散热件，那高强铝的问世实际使得高强铝具备了承担结构件的可能性。这样的好处是显而易见的，因为首先带来了减重，其次是3D打印工艺能够实现复杂结构和一体化制造，带来多方面的效益。但是这都需要我国的航空航天部门或单位多做一些探索性的工作，多给高强铝一些应用的机会。 有何破解之法 笔者认为对于高强铝，当前面临着四大争论： • 体系之争，这么多体系的高强铝，到底哪一个是能够走通的？ •专利之争，选用Al-Mg-Sc-Zr或Al-Mn-Sc-Zr，会不会造成侵权？ •价格之争，比钛还高的价格，有谁或者什么地方能用得起？真的有必要吗？ •投入之争，前期的投入不低，为什么要自己来投？何不等成熟的时候直接来用？ 这些争论看起来都是难以解决的，但是笔者认为企业向来追求实用主义，这个东西到底有没有用？能不能用？哪个好？拿来实际测试，实际做一做就可知真假了。真的假不了，假的也真不了，关键是能不能解决实际问题？能不能带来实际效果？ 而对于投入问题，笔者看法是这样：对于一个新材料而言，始终存在着前期的投入成本。你敢先前一步去测试、去使用，就快人一步，也许就意味着建立了竞争力。 作为行业内专注于铝合金3D打印材料的专业制造商，宝航一直致力于为用户提供多种铝合金3D打印材料解决方案。高强铝是公司的核心产品线之一。 宝航主要基于Al-Mg-Sc-Zr体系生产制造高强铝3D打印粉末，这是因为公司认为这个材料体系成熟度最高，最具有市场前景性。公司已经能够批量生产制造屈服强度500MPa级、600MPa级的高强铝粉末。 此外，宝航基于Al-Mg-Sc-Zr体系的高强铝已有近三年的材料研发和打印工艺经验。在新用户使用高强铝的时候，公司能够提供打印和工艺参数方面的指导，帮助用户缩短高强铝打印开发的周期，并能尽快实现零件的打印。 公司开发的高强铝在多种金属3D打印设备上均进行了打印测试验证，包括：E-plus M260，E-plus M450，Farsoon M271，BLT S310，LiM M260, EOS M400等，公司正不断的积累高强铝在不同设备上的打印性能数据，以期进一步提升材料的稳定性。 在高强铝的应用开发方面，公司也在积极的同国内的一些设备商、打印服务商和应用单位合作，与某单位合作成功开发了某型号无人作战平台高强铝液压缸缸体零件，实现了零件内部复杂管道的设计和制造，达到设计性能要求，进入服役阶段。公司近日成功实现了某高强铝空心叶轮的打印，成形外轮廓尺寸约为Φ240×100mm，该零件顺利通过了X射线检测的无损探伤。下一步，公司也计划与航空航天等应用部门加强交流合作，推动高强铝的更多应用。 一款新材料要真正得到应用，需要更多的人关注、感兴趣和实际应用，在此笔者也希望国内3D打印的专家、学者、工程师和使用单位能够对这款材料感兴趣，多用它，用好它。 如需更多信息，欢迎联系：刘经理，15210565071。 扫描关注 3D打印技术参考 视频号…

2022年5月6日，深蓝航天自主研发的“星云-M”1号试验箭完成了1公里级垂直起飞及降落（VTVL）飞行试验，火箭在爬升和下落的过程中同时进行了横向移动，最后降落至着陆场“靶心”位置不足0.5米的点位，“星云-M”试验箭成功回收。 此次执行公里级试验所使用的箭体依然是“星云-M”1号试验箭，已经执行3次飞行任务、7次地面静态点火，真正做到了液体运载火箭的可回收复用；其所配备的“雷霆-5”发动机，是国内首型使用3D打印技术实现整机制造的针栓式液氧煤油发动机。此次飞行任务的完成宣告了深蓝航天在中国可回收复用火箭历史上又攀登上了新的高度，离成功实现入轨及回收又迈进了坚实一步。 2021年7月-10月，“星云-M”试验箭先后完成了十米级、百米级VTVL垂直回收飞行试验，实现了国内液氧煤油火箭两次零的突破。2022年5月，还是同一发火箭，又一次刷新了新的试验高度。深蓝航天成为目前全球除美国以外研发回收复用火箭速度最快的中国商业航天公司。 本次公里级VTVL垂直回收飞行试验，标志着深蓝航天仅用10个月3次发射试验就达到2012-2013年SpaceX用一年多的时间8次的发射试验达到的同等级试验成果。深蓝航天成为了全球第二家完成液氧煤油火箭垂直回收复用全部低空工程试验的公司（第一家为美国的SpaceX)。 深蓝航天火箭发动机制造技术在国内独树一帜，由于传统的加工手段在复杂部件的制造能力、生产效率和综合成本方面皆无法与3D打印相比，深蓝航天在产品设计之初就采取了增材设计思维。其自行研制的“雷霆-5”和“雷霆-20A”液氧煤油火箭发动机在方案设计时就优先选用激光粉末床熔融金属3D打印技术，与传统的设计方法相比，增材设计思维减少了出图数量，提高了设计效率，同时为产品制造争取了周期。 搭载“星云-M”1号试验火箭成功实现公里级回收的雷霆-5发动机全机85%重量的零件都由3D打印技术制作。采用传统工艺制造的液体火箭发动机涡轮泵用离心轮、涡轮盘等复杂结构产品，涉及五轴机加工、焊接、电火花等多种工艺，存在生产流程长、加工效率低等问题。3D打印技术本身具有对产品结构复杂性不敏感的特性，深蓝航天采用3D打印制造涡轮泵离心轮、涡轮盘等产品实现了尺寸和性能一致性好，整体生产效率高，综合总成本低的优势。 在产品的集成化制造方面，3D打印同样为深蓝航天提高了产品质量和制造效率。点火器在传统制造方案中由多个机加工零件装配焊接而成，对产品组件的装配质量、焊接质量要求极高，工艺过程复杂。采用3D打印技术制备的点火器仅有一个零件，仅需要数控加工连接接口即可交付装配；且一次可打印多个零件，打印周期仅需一周左右，缩短了产品交付周期，规避了很多质量风险。 在3D打印技术参考对深蓝航天的专稿介绍文章中，深蓝航天表示，与传统的液体火箭发动机制造技术相比，3D打印技术助力深蓝航天达成了以下目标： • 突破传统设计思维与制造的局限性，为设计人员提供更大的设计自由度；•优化零件流道流动性能，为燃料和冷却剂通过多腔道/多流道分配提供新的可能性；•降低零件装配错误风险，提高产品的质量稳定性、一致性；•减少加工步骤，省略中间环节，提高生产效率；•缩短产品研制周期，使产品研制总成本更具竞争力。雷霆-5型液体火箭发动机，是国内首型使用3D打印技术制造的针栓式电动泵液氧煤油发动机。3D打印技术的应用加速了设计-制造-设计的迭代。在2020年初，雷霆-5液氧煤油发动机进行了首次整机变推力长程试车，试验成功。雷霆-5从方案设计到整机试车仅仅用时8个月。目前已有20余件3D打印产品应用于深蓝航天液体火箭发动机总装、总测。 END 在这个商业航天迅猛发展的时代，大航天时代空间资源的抢夺、火箭作为空间往返运输工具的先进性和火箭商业用途多维场景的需求，可回收复用火箭的必要性与紧迫性可见一斑。未来，深蓝航天将继续秉持轻量化设计、一体化设计等先进的设计思想，为液体火箭特有构件一体化快速成型、超大幅面精密结构件轻量化制造等3D打印技术提供工程应用场景。 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.专访 | 3D打印技术如何助力深蓝航天快速成功实现火箭垂直回收 3.中国民营航天星河动力将3D打印技术用于火箭发动机制造 4.国家增材创新中心助力航空航天创新发展成果汇总

近日，3D打印机制造商Essentium与工业激光器专家NUBURU正在合作开发一种基于蓝色激光的新型金属3D打印机。新设备旨在实现工业级金属部件的高分辨率以及高吞吐量制造，项目将以“多年、数百万美元”的协议进行开发。据合作伙伴称，该系统将适用于汽车、航空航天和国防等各种关键行业。 新3D打印机将集成NUBURU专有的蓝色激光技术，采用送丝形式，实现定向能量沉积(DED) 3D打印。事实上，作为合作的一部分，NUBURU会将其3D打印应用专利授权给Essentium。 NUBURU联合创始人、首席执行官兼总裁表示，他们的高功率、高亮度蓝色激光技术以及相关3D打印专利将帮助Essentium打造一款功能强大的金属3D打印机，应用范围更加广泛。 NUBURU蓝色激光 Essentium是一家专注于高速挤出工艺的3D打印技术开发商，其推出的HSE技术适用于工程丝材的高速、高温FFF挤出，声称比市场上的工业挤出机快10倍。因此，即将推出的蓝色激光3D打印机将标志着Essentium在金属3D打印领域的首次亮相。 蓝色激光对金属3D打印具有特殊的意义。以铜、不锈钢和铝等为代表的主流金属材料对传统使用的红外激光吸收率并非最高，而是会反射大部分能量。即便当前的技术已经较为成熟，但仍就有很大的改进空间，改变光源就是最重要的因素之一。 相关资料指出，450-560nm波长激光的应用提高了镁、铝、铜合金等高反射金属粉末在激光选区熔化技术中的吸收率，提高了高反射率金属材料的加工质量与加工效率。纯铜对515nm绿激光的吸收率接近40%，对450nm蓝色激光的吸收率则达到65%，分别相当于常规SLM用红外激光的8倍和13倍。3D打印技术参考查询资料发现，相同的应用，原来采用几千瓦的红外激光器功率，切换到蓝色激光只需要500瓦，并能解决了红外激光焊接时“大量飞溅污染”的问题。因此，随着对短波长高功率激光器开发的克服，采用SLM技术进行纯铜3D打印开始出现转机。 铜、金、铝等材料比其他波长更好地吸收蓝色激光 2017年，Fraunhofer激光技术研究所表示正在探索采用绿激光进行纯铜3D打印，并表示未来将创造一种可靠的用于单模操作的高质量激光器，稳定输出最大功率达400w的515nm波段激光。2018年，通快推出了第一款绿激光SLM打印机，该设备配备波长为515nm的TruDisk1020绿光激光器，打印零件铜含量高于 99.9％，实现了100％IACS的电导率和99.9％的致密度。 同样在2017年，日本岛津推出了100w的高功率蓝光二极管激光模块，并采用它进行了纯铜的3D打印。而国内杨永强教授团队在2021年表示，正在开发一款将1070nm的红外光纤激光与450nm的蓝色激光相结合的新型金属PBF打印机，红外/蓝光的复合既可以打印钛合金、铝合金、不锈钢等常规材料，也可以打印对红外光具有高反作用的金、银、纯铜等材料。 杨永强教授团队开发的双波长3D打印机 因为在能量吸收方面的更优表现，蓝色激光可以更快地熔化高反射金属材料。因此，NUBURU声称其蓝色激光技术可以使3D打印速度比其他类似工艺快十倍，同时可以带来更高的零件力学性能。 据Essentium称，新的3D打印机将生产类似于传统铸件和锻件的零件，并且需要“最少的后处理”。Essentium首席开发官兼联合创始人表示，NUBURU是蓝色激光技术的领导者，双方的合作将给金属3D打印带来新的创新。 补充资料，请扫描关注3D打印技术参考视频号注：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.华南理工杨永强教授团队在新一代SLM技术领域的研究进展 3.纯铜3D打印工艺的发展：从SLM、3DP、FDM到DLP 4.南科大：金、银、铜等典型高反射材料的激光增材制造