如今，金属3D打印机正快速进入越来越多的高校实验室和职业院校。这主要得益于设备成本的大幅降低，但不同机型之间的功能配置却差异很大。 随着工艺技术的加速迭代和应用规模的持续扩大，今天的科研需求与五年前甚至三年前相比，已经发生了很大变化。“常规”机型，已经不能满足现阶段的科研需求。 在上个月举办的Formnext深圳展上，铂力特就展示了其面向科研的最新款BLT-S210。它的新配置可谓今非昔比，精准匹配了技术发展背景下的科研新要求。 设备持续迭代回应科研需求变化 铂力特在2019年就面向科研领域推出了BLT-S210设备，且多年来一直在迭代升级。 得益于足够高的参数调节权限，以及稳定可靠、高一致性和高重复性的制造能力，该设备为相关研究提供了可靠的实体样本，成为众多顶尖高校实验室开展高效和可信科研的基础，支撑产出了大量高水平研究成果。 而金属3D打印科研，正因技术的快速发展以及应用进入规模化阶段而发生了很大变化。BLT-S210的持续迭代，也显示出铂力特对科研需求的长期关注和持续投入。 最新迭代升级的BLT-S210已搭载当前技术发展的最新成果——光束整形模块和智能化质量分析软件系统，助力高校科研迈向更高水平。 光束整形：科研的加分项还是必备项？ 光束整形技术已经发展多年，对于科研来说，它如今已不再只是锦上添花的功能，而是一种迫切需求的配置。 这是因为，很多科研机构在该技术领域的研究已经滞后于设备商，其重要原因就是市场上此前缺少直接搭载光束整形技术的LPBF金属3D打印机。 但这项技术本身已经显现出了对制造效率的颠覆性，普及使用更是大势所趋——以前LPBF工艺多基于小层厚、小光斑；而如今借助光束整形，可以使用大光斑、大层厚，但相关科研并没有同步跟上—— 环形光斑对不同材料熔池行为的影响、对现有材料和新材料的适配性，以及对材料力学性能的影响机理等，都需要科研机构系统研究。 铂力特于2025年底推出光束整形解决方案，并在今年TCT亚洲展上首次展示了部分研究案例。 在Formnext深圳展，铂力特就推出了搭载该功能的科研专机BLT-S210，现场以环形光和100μm大层厚打印不锈钢粉末，直观展示了成形品质与效率的双重优势。 此外，在搭载光束整形技术的情况下，设备还可以在同一制造过程中分别使用高斯光和环形光；加之BLT-S210的可编辑工艺参数达294项，这进一步增加了科研探索的空间。 在线监测，生产与科研要同步 随着金属3D打印进入百万量级甚至千万量级的大规模生产时代，在线质量监测相比此前的重要性大幅提升。它直接关系到产品良率、交付效率与制造成本。 这项技术在国内的发展一直在持续迭代，此前EOS确实给出了一个样板，而如今国产品牌已经补齐了这块短板。但对于科研来说，如何用好在线监测以及完善它的功能还有非常大的探索空间。 铂力特于2025年正式推出金属增材制造智能分析平台BLT-PrintInsight，这是一个功能非常强大的在线质量监测平台，分为质量分析软件和质量监控软件。 质量监控包含铺粉监测、扫描监测、近红外熔池辐射监测、同轴熔池监测、智慧铺粉剐蹭区域可视化以及视频监控等功能。 铺粉在线监控能够识别缺粉、铺粉不均等缺陷，并能实现闭环补粉。扫描在线监控可以实时检测激光扫描质量，识别表面发黑、熔渣堆积并及时预警。离线分析则能够深度分析缺陷来源和分布，并能一键生成报告。 新升级的BLT-S210搭载该系统后，对于科研用户来说，就是提供了一个可观测、可量化和可分析的实验平台，能够为材料、工艺和物理机理研究提供关键数据支撑。 此外，笔者注意到如今AI技术正在融入金属3D打印质量监测，BLT-S210搭载的近红外熔池辐射监控能够实时捕捉熔池热辐射信号，为追溯缺陷根源，优化能量参数提供依据；缺陷自学习平台还可以根据用户需求，自定义缺陷检测模型，并不断训练模型的准确性。通过持续监测，还可以量化和评估工艺的稳定性和重复性。 END 据了解，铂力特已助力科研用户在材料、力学、机械等学科发表大量高质量论文，支持了空天、医疗、汽车等应用领域的研究工作。 从2019年推出至今，铂力特对BLT-S210这台科研专机一直在持续迭代，这不仅折射出技术发展背景下科研需求的变化，也显示出该公司也一直站在金属3D打印技术发展的前沿，能够精准掌握这些变化。 而之所以能够理解科研需求的关键，或是来源于它横跨工业应用与新技术研发的双向视角——能够判断出哪些工业能力会变成科研刚需。 无论是光束整形还是在线监测，最新的成果对科研用户深入理解金属增材制造物理机理、加速新材料和新工艺开发，并产出高质量成果，将带来重要助力。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#铂力特 #3D打印

近日，奇遇科技推出了一款成型尺寸仅为51.2×28.8×60mm的光固化陶瓷3D打印机——ADT Ceram-DD50。 成型尺寸为什么设计的这么小？ 笔者了解到，这款打印机专门面向陶瓷3D打印材料研发、科研实验与教学应用。 在这些场景中，实验室的自制材料往往有限，但大多数现有设备在启动时，往往有特定的投料量要求，而且陶瓷3D打印研究通常需要进行多轮次实验，这无疑会增加材料消耗并增加采购成本。 奇遇科技推出的这款Mini系列陶瓷3D打印机具有三方面特点，设备单机价格低（3.98万元）、单次投料少（仅10ml）、光学分辨率高（20μm）。从而为陶瓷3D打印科研提供了新选择。 启动打印仅需10ML浆料 陶瓷3D打印材料研究通常围绕粉体种类、固含量、分散体系等因素展开，打印工艺则涉及曝光参数，此后还涉及烧结工艺。 因此在新材料开发阶段，每次试验需要的材料量越少，科研效率会越高。 DD50总的打印尺寸接近一个小型充电宝，配备供料缸与成型缸，但在打印开始之前不需要将供料缸加满，而是仅需要10ml就能启动打印。 这对于科研人员进行初步的打印实验验证具有实际帮助，不仅能为不同配方、不同工艺参数的对比实验提供便利，同时将带来大量的材料与成本节省。 在初步测试稳定之后，可以转入稍大样品的打印。设备的打印尺寸，已经足以支撑后续的试样制备。 可匹配不同黏度浆料 对陶瓷浆料3D打印来说，材料的粉体组成、固含量和分散体系不同，其黏度和流变性会有很大差异，直接影响浆料的铺展状态。而设备供料与铺料的稳定性，是材料研究的重要影响因素。 奇遇科技表示，DD50采用打印平台采用下沉式设计，双缸供料依靠刮刀铺料，能够适应不同黏度的陶瓷浆料，对高黏度浆料更为友好。 氧化铝TPMS样件及打印过程 氧化锆打印过程 此外，设备还配备加热系统，可根据材料及打印条件进行相应设置。 据笔者了解，奇遇科技已开发了十余种陶瓷材料及烧结工艺，如氧化铝、氧化锆、碳化硅、羟基磷灰石、锆钛酸铅等材料，它们的浆料产品各自具有不同的黏度特性，这为DD50的开发提供了基础。 可实现高精度3D打印 DD50采用上曝光DLP成型，搭载的定制光机投影分辨率为2560×1440，对应51.2×28.8mm的成型幅面，单个像素约20μm，在硬件上为稳定打印精细结构提供了基础。 但需要注意的是，像素尺寸并不等同于最终的成型精度，浆料的光固化特性、曝光参数以及脱脂烧结过程均可能影响最终结果。 对于陶瓷材料研究而言，小尺寸精细结构可以作为观察材料成型表现的实验载体。奇遇科技指出，DD50恰恰适用于晶格、复杂曲面等小尺寸复杂陶瓷结构的打印。 研究人员不仅能够探究材料配方、曝光参数、烧结工艺，同时还能进一步探究不同结构的样件的性能，甚至能够开发实际应用产品。 氧化铝TPMS样件 从实验研究到实际产品开发 DD50的主要设计面向的科研与教学，因此其操作的便利性是一个重要考虑因素。 据了解，该设备采用紧凑式设计，整机尺寸415×375×735mm。设备操作也较为简单，工作人员能容易上手并完成生坯打印。但需要指出的是，对于陶瓷3D打印来说，打印只是其中一个环节。在打印完成后，还需要进行清洗、脱脂和烧结工序。 不过根据笔者的观察，DD50的产品功能或不限于实验研究。因为，该企业已开发的陶瓷3D打印产品中，涉及大量的小尺寸最终应用，其中就包括一款尺寸仅φ2.0*3.0的泡沫陶瓷过滤器。 这也突出了DD50同时拥有从科研过渡到最终产品制造的价值。 因此，从小尺寸成形、低启动材料量、紧凑型设计来看，该设备为开展陶瓷3D打印材料研究与产品验证，提供了一个投入相对较低的选择。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

墨尔本理工大学马前教授团队，近日在金属3D打印超材料领域再次取得重大进展——其团队创造了首个可漂浮在水面的金属-聚合物复合晶格超材料，解决了多孔金属结构在水中“必然沉底”的矛盾。 应用背景 多孔金属如果需要水在其中自由穿过，就需要保持开孔通透，但这样必然沉底；如果让它浮在水面，就需要堵住开孔（封闭空心晶格密度低于水），但这就失去了让水流流过的优势。 因此，既要其能够浮在水面，又要让能结构中流过，问题本身就是一个矛盾体。 但这却有着实际的应用场景——功能性海洋浮标、导航装置，码头、栈桥、海上钻井平台的浮式支撑结构或模块，漂浮传感器等等。此外，它对于水上飞机、无人机、生物医学应用开发同样具有新启发。 以海洋应用为例，传统海洋结构一旦破损就会丧失浮力，同时面临强度、耐腐蚀性以及结构封闭导致的信息收集弊端。 传统海洋浮标 世界首创可漂浮钛合金晶格 RMIT的研究团队首先采用LPBF工艺3D打印出钛合金空心晶格，然后将可膨胀聚氨酯泡沫注入空心晶格的内部空腔中。 泡沫在通道内以1:9至1:12的体积比膨胀，然后树脂固化。外部开口并没有残留树脂，水可以自由通过晶格结构中的空格。 为确定最终结构能否漂浮，他们提出了一种名为“骨架密度”的概念。采用钛合金的实体部分和内部密封泡沫的总质量，除以它们共同占据的总体积（排除了空心部分的体积）。 采用这种结构，即使水穿过了其中的空格，只要总骨架密度低于周围液体的密度，结构就能有效工作，整个结构会继续漂浮。 根据笔者对马前教授团队空心晶格结构研究的跟踪，这一理念是该类型超材料研究的核心价值。 研究团队制备了四种晶格试样，内部通道内径从2.5毫米到4.0毫米不等。测得的骨架密度范围为0.80至1.27g/cm³，与计算机模型预测值相比，测量值高出7.4%±0.6%，这归因于增材制造特有的表面粗糙度和微小几何偏差。 在采用淡水（密度约为 0.997 g/cm³）进行的漂浮试验中，低密度样本稳定漂浮了两个多月，未观察到明显的漏气或进水现象，而骨架密度超过阈值的样本则迅速下沉。 原型浮标通过海水测试 在海洋浮式结构中，减轻重量和提高机械强度一直是互相矛盾的需求。被广泛使用的材料类型有耐腐蚀不锈钢和高密度聚乙烯，但钢材的密度太大，而树脂材料的刚度和抗冲击性存在不足。 研究团队指出，在总密度相同的情况，这种新型钛-聚合物复合晶格结构的强度，比常用的普通不锈钢和高密度聚乙烯高70%。而且，其极高的比强度使其能够用于轻型漂浮传感器或专用浮标。 用于海洋测试所打印的浮标 另一个需要考虑的问题是该结构的抗冲击和耐腐蚀性。 本研究使用采集的天然海水进行了浸泡试验。两周后测得晶格的质量损失仅为0.15%。同时抗压屈服强度和抗压强度的下降幅度也都小于1%。 这表明钛合金结构表面形成的稳定钝化氧化膜，对初始海水腐蚀具有很强的抵抗力。 在受控的机械压缩条件下观察失效行为，得出了一个更加明显的结果。传统的单腔浮体，外壳一旦出现哪怕一条裂纹，水流就会迅速涌入，从而使结构很快失去浮力。相比之下，本研究中的复合材料晶格，即使在支柱开裂、主要节点连接断裂，甚至结构的某一层完全损毁后，仍能保持浮力。 只有当结构达到了致密化阶段，整个结构被压碎并且空隙被压缩的时候，才会失去浮力。这是因为极端的体积压缩导致整体骨架密度超过了水的密度。 研究人员解释说，聚氨酯泡沫的细小闭孔结构能够将气体截留在内部，即使外壁失效，这些闭孔结构也能有效阻止水渗入支柱内部——这是其具有高损伤容限的关键因素。无数微小气泡的分布形成了一个安全区间，防止局部失效演变成灾难性后果。 该论文指出，测试过程中施加的应力条件远远超过了正常运行环境下的预期载荷条件，证实了该材料在极端外力作用下的有效性。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#钛合金 #3D打印 #超材料

金属3D打印采用多激光，是因打印尺寸的增加和对打印效率的追求。但知名高校鲁汶大学，却变换了多激光的使用方法，成功在材料中获得了特定组织，还在材料内部制作出了特定图案。 这让笔者想起了西空智造的锻打印技术，该技术首先采用1064nm波长的红外激光成形零件，同步使用脉冲激光锻打特定部位。 鲁汶大学与之类似的是都采用双激光，但机理完全不同。这两项进展都为如何使用多激光进行3D打印拓宽了思路。 金属3D打印已解决和未解决的问题 如今，3D打印能够实现更高设计自由度的优势已经被广泛认可，此前那些包含内部通道、复杂拓扑结构甚至晶格特征的产品正在大量用于航空航天、汽车和医疗等行业。 虽然对3D打印零件安全性的顾虑已经很少，但研究界并未停止对一个目标的追求——控形控性。但是，这个词在工程实践中被提到的次数已经越来越少。这或是因为将控性的研究转化为实际制造的效果，并不尽如人意。 材料的微观结构决定了零件的性能，如强度、延展性、疲劳寿命和耐腐蚀性。 在激光粉末床熔融（LPBF）工艺中，这些特性很大程度上取决于材料在打印过程中的热历史。 控形控性的的目标就是希望能够不依靠热处理，就能直接获得所需要的微观结构。 一个典型的应用场景是，石油、天然气、化工和海洋领域需要材料同时满足强度和耐腐蚀性，超级双相不锈钢因为材料中的铁素体和奥氏体比例大致相等，成为这些应用中的高价值金属。 但LPBF金属3D打印工艺固有的高冷却速率，几乎完全抑制了奥氏体的形成。其结果是，成型后的零件主要由铁素体组成，强度高但脆性大，耐腐蚀性能也受到影响。 打印后进行炉内热处理一直是获得理想微观结构的唯一可行方法，但这会增加成本、时间，并增加变形风险。更重要的是，这种方法会导致整个零件的微观结构均匀，而工程师真正需要的是能够局部改变零件的性能。 利用双激光解决成分组成问题 目前，常规的手段包括调整打印参数、扫描策略、添加辅助能量场、材料设计和过程控制等。 很多研究机构和高校实验室已经取得了不错的研究成果，但在工程实践中仍然处于探索阶段。 这是因为这些方法都存在同样的局限性：空间分辨率有限、材料间的通用性差，而且几乎没有证据表明它们能够扩展到工业相关的零件尺寸或打印速度。 超级双相不锈钢的微观结构对热历史极其敏感，且对性能至关重要，因此其耐高温性能尤为突出。这种最需要原位微观结构控制的材料，其微观结构控制难度也最大。 鲁汶大学解决该问题的思路与以往研究完全不同。他们采用搭载双激光器的3D打印机，一束激光用于熔化成形零件，一束作为“尾随热源”对刚刚熔凝的区域进行精确加热到指定温度范围，然后再使其进一步冷却。 对于超级双相不锈钢，奥氏体可以在800–1200°C的范围内从初生铁素体组织中形核并生长。只要材料在该温度范围内停留足够长的时间，就能发生原位相变，打印完成后就无需再进行热处理。 该过程的原理很清晰，但实际操作起来就困难重重。例如，尾随热源如何通过激光参数调控，精确控制热量输入，热量穿透到下一层是否造成影响；商用打印机并不支持此类定制开发，又该如何解决？随打印高度增加，热积累也会增加，输入的能量如何实时调整？这种处理方式所带来的新生奥氏体经理通常在1μm甚至更小，该如何表征？ 来自Materialise 总之，思路有效但做起来很困难。鲁汶大学并非解决了所有问题但进行了大量尝试。 研究人员采用模拟的方法获得了哪些参数能够将材料温度达到所需要的范围，并进行了实验验证。对于软件权限问题，研究基于Materialise Control Platform (MCP) 和 Build Processor SDK (BP-SDK)，实现了对激光的高级别控制，如针对每个单独的扫描路径，指定哪个激光器发射、功率是多少、发射时间是多少，以及它与旁边光束的关系等。 单激光和双激光单轨扫描实验的示意图及所分析的截面 结果表明，通过调整尾随热源激光的功率和偏移量，该团队将奥氏体含量从高速单激光条件下的0% ，调整到了48%。这种过程控制水平，以前从未在超级双相不锈钢上得到验证。 此外，他们还发现利用该技术可以在零件内部嵌入特定图案，只有零件被切开时才能看到，这证明了打印过程可以实现相位控制。 在材料内部获得的图案 对金属3D打印应用的真实影响 单从微观组织这一个目标来说，鲁汶大学取得了关键成果。但研究同时指出了一个关键问题——制造效率与材料的差异性。 为了获得需要的奥氏体，他们不得不将打印速度调到极低。例如，正常的速度为750mm/s，但实际打印的速度为15mm/s，差了20倍。 这就导致制造效率极慢和成本升高，对于工业应用来说就适用性不足。因此，该团队未来的研究将侧重于仅对真正需要的改性的位置适用特定该工艺。 此外，这种方法对材料的实际相组成特性直接相关。双相不锈钢的打印态几乎全部是铁素体，晶界处有氮化物析出，恰好能成为奥氏体的形核位点。如果换一种材料，可能根本不存在这种明确的相变窗口，导致方法无法拓展到其他材料。 但无论如何，这项研究仍然证明了原理可行，真正困难的是如何从研究转化为工程实践。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#控形孔性 #3D打印

8月5日，最新一期Nature正刊更新了一项3D打印技术研究——来自清华大学机械工程系的欧阳礼亮教授团队发表了题为“In‑situ particle‑to‑fibre transformation of hydrogels for 3D printing”的文章。 这项研究提出了一种名为Shift的全新3D打印技术，它解决了生物制造的一项重要难题——让3D打印的人造组织，从无序凝胶，变成了内部拥有清晰脉络，能像真实肌肉那样收缩，并具有神经那样定向传导能力的仿生活组织。 但你能想象到，这项突破的灵感是受到了兰州拉面制作过程的启发吗？！ 真实的肌肉、神经和血管，内部都是高度有序的平行纤维结构，也就是它们都是有方向性的，这在该领域又被称为是各向异性。 采用挤出式3D打印（直接墨水书写）水凝胶等软材料，是目前常用的生物制造手段，它像挤牙膏一样把材料从喷嘴中挤出，然后层层堆叠成三维结构，通常被研究人员用来制造各向异性组织。 但该技术存在两个难题。 一个是流动性和定型，墨水的流动性必须足够好（够稀）才能挤出，但要保证打印的形状不塌陷又需要墨水足够稠，解决该问题的方法通常是使用支撑浴。 另一个问题更为困难，怎样在组织内部制造出精细的微结构来实现各向异性。通常使用的方法包括更换喷嘴、预设流道等，以及利用剪切力让墨水中的分子链或预先混入的短纤维被迫顺着流动方向排列。但这些方式要么受制于喷嘴的物理尺寸极限，没办法制作更精细的结构；要么是短纤维/分子链排列不均匀，很难做出高品质、整齐划一的内部取向结构。 清华大学团队开发了一种新方法，称之为“剪切-拉伸诱导原位颗粒-纤维转变”方法，缩写为SHIFT。就如同前文所述，它的开发灵感来源于拉面制造工艺，可以把该过程理解为“边打印、边拉扯”的精密制造过程。 整个制造过程分四个步骤——配制墨水、打印挤出、定型和后处理。 墨水包含两种特性完全相反的材料混合而成，分别为遇热变软、遇冷变硬的明胶，以及遇热变硬、遇冷则变软的泊洛沙姆。在这项技术中，明胶颗粒均匀地悬浮在液态的泊洛沙姆溶液中，制成打印墨水。 墨水装入打印机后，会从类似针头的喷嘴挤出。因“针头”内部存在收缩区，流速会急剧增加，在流动方向上会产生黏性拉力，把原本的明胶颗粒像拉面一样瞬间拉长，变成极细的纤维，其直径最小为5μm。 这个过程必须配合精确的温度控制，在所设定的环境中，明胶颗粒受热变软能够被拉伸，而包裹它的溶液则因受热开始凝固变硬。两种材料完全相反的属性，让刚被拉长的明胶细丝直接被周围凝固的“壳”锁定困住。 研究人员发现，这种制造方法能够同时打印多种组分，也就是说，在打印过程中，可以加入多种颗粒，最终在挤出的细丝中包含平行排列的不同纤维束。此外，最终的纤维粗细与通道的收缩程度和初始颗粒大小共同决定，跟挤出速度几乎不相关，研究人员能够准确预测纤维直径。 最后一步是根据最终用途选择后处理方案。例如是需要植入，还是用作培养基，可以选择是否去除外壳结构。 如果最终用途是做植入，在洗掉外壳之后需要注入真正的生物基质，再进行紫外光固化让整体结构重新定型。 需要注意的是，外壳在洗掉时，内部的纤维也会变成散乱状态。但研究人员在墨水配制时，可以在明胶颗粒中引入了光固化成分，在洗掉外壳之前，先对打印出来的整体照射紫外光，就能内部纤维彻底定型。之后，洗掉外壳的纤维可以用于构建血管网络，也可以注入生物基质再固化用于植入。 研究人员探索了这项技术在再生医学领域的应用可行性。 他们把肌肉细胞裹进打印结构后，细胞能够沿着微纤维生长，能够融合成长3mm的肌管，而且能在培养皿里能自发抽动。 进一步的，他们还对小鼠进行了大块肌肉缺损修复实验。将打印好的含细胞的SHIFT支架植入8周后，其肌肉恢复效果、步态、抓力等，几乎接近健康小鼠。 此外，还验证了引导断裂神经定向再生的效果，SHIFT技术打印的支架成功桥接了断端。 这项研究发现了拉伸流变和相反相转变的软物质变形的物理现象，并将其用于3D打印来实现功能性生物组织微结构的制造，未来在医疗领域或有重要应用空间。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

澳大利亚皇家墨尔本理工大学增材制造技术中心（RMIT ），近日展示了一款金属3D打印的新型晶格结构，与我们以往对此类结构的认知完全不同，它能够在多个方向伸缩。 该中心已就这项发明提交了专利，目前处于申请中的状态，完整的说明书和权利要求也尚未公开，但发明者已就相关质疑进行了简短讨论。 ➡️ 金属3D打印晶格从固定到可变形 工程中常用的金属3D打印晶格结构包括体心立方、面心立方或螺旋曲面结构，它们通常被集成在结构中用于减重、散热或缓冲。组成晶格的支柱长度、角度、连接方式都是“锁死”的，拓扑形态通常固定、无法变形。 这种设计的优势是突出轻量化、高比强度或比表面积，但代价是功能单一，设计成什么样就只能干什么用。 而RMIT这项最新的发明，将可伸缩的概念引入了支柱晶格，在两个方向都可以伸缩。这种很新型的结构被介绍为可以在不牺牲强度的前提下进行伸长、压缩以及重复配置。 这意味着同一个晶格结构可以根据外部载荷或功能需求改变自身的结构，让晶格结构从被动承载转变为主动适应，对于一些未来应用似乎很有吸引力。 例如，在航空航天领域它可以用于制造可变形机翼结构、可展开的天线；在太空领域，它为制造可折叠、可展开的大型桁架带来了新设计思路；此外，RMIT还指出它在生物仿生植入物、建筑结构、机器人等领域也用应用场景。 ➡️ 引发“强烈”学术讨论 针对该结构的介绍也仅限于此。很多专家学者在惊讶3D打印晶格竟然还能这样“玩”的同时也提出质疑。 而回复相关质疑的，正是RMIT团队的研究员Jordan Noronha，他曾经采用3D打印制造出一种TiC4多拓朴结构的轻质、高强机械超材料，一度引发行业内外关注。 图中为马前教授及Jordan Noronha研究员 伯明翰大学先进材料加工教授Moataz Attallah提出了第一个专业问题，“这个想法很不错，但如何与拉胀结构进行比较？伸缩特性可能导致轴向错位，从而损害结构完整性”。 拉胀结构的重要特征是负泊松比，是近年来3D打印功能性超材料的研究热点。这种结构在受拉伸时横向膨胀，受压缩时横向收缩，这种特性使其在能量吸收和抗冲击等方面很有优势。 来自江苏科技大学的一项关于负泊松比结构研究 而RMIT可伸缩晶格与拉胀结构在变形特点上很相似，Jordan Noronha的回应也很坦诚，他表示尚没有对拉胀结构进行对比，但他们已经开发了一种锁定结构来解决错位问题，支柱在达到所需的长度后能够固定，从而提供刚度。 埃克塞特大学Ken Evans教授的评论更为直接，他表示很难看出这种结构如何保持强度，以及为什么只能在两个方向实现收缩。 Jordan Noronha回复到，强度问题可以通过锁定结构解决；而支柱晶格可以实现三个方向伸缩，并根据具体区域改变伸缩长度，当前展示的只是特定构型。这就意味着可伸缩晶格可以单独设计伸缩方向、伸缩量，从而实现功能复杂的整体形状变化。 从事冶金与材料工程的工程师Adem Korkmaz提出了工程化的问题，伸缩区域的应力集中和局部刚度变化是如何处理的？对重量-刚度平衡有什么影响？ Jordan Noronha表示，为解决应力集中问题，他们在伸缩节段之间的台阶变化处进行了支柱内部增强，或大混合半径变化的过渡方式。这些设计仍在优化中，但只要结构锁定，强度会非常高 RMIT支柱内部增强方式研究 根据笔者对该团队晶格结构研究的跟踪，他们将历年来的研究成果集成在了该新型结构中，上述提到的设计方式已经在此前的论文中体现过。 在主流学术界集中在3D打印实体支柱晶格的性能时，RMIT多年来在晶格结构创新设计方面独树一帜，尤其擅长中空支柱晶格的各类型设计及对应的力学性能研究。 其实RMIT展示的这种结构是不是已经解决了所有问题并不重要，它更多的是带给我们一些思考，那些被认为已经固定下来的结构形式仍有很多探索空间。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#晶格结构 #3D打印

3D打印技术参考注意到，来自合肥工业大学和昆士兰大学的联合团队，近日在铜3D打印研究方面取得一项重要进展。 他们开发出了一种铜粉末颗粒表面处理技术，显著提升了材料对激光的吸收率。即使使用低功率的红外激光，也可以实现“近纯铜”粉末高质量打印！ 在颗粒表面做仿生结构并获取“近纯铜” 研究人员从植物叶片表面的微凸起结构能有效捕获光线得到了灵感，他们选择在铜粉颗粒表面创建纳米多孔网络结构，来模拟叶片的“光陷阱”，增强激光多次反射与吸收。 而这种多孔网络结构的获取，是通过所谓的“脱合金”技术获取的。研究人员使用了水雾法制备的CuZn30和CuZn50粉末，在浓盐酸中腐蚀析出Zn元素，该过程不仅使颗粒表面形成了孔隙结构，还使得颗粒表面的Cu元素含量显著提升。 脱Zn的程度以及颗粒的网络结构多少，可以通过粉末与浓盐酸的作用时间来控制。以CuZn30为例，轻度脱Zn过程需要4小时。在这期间，粉末颜色变化明显，这与成分变化相关。 由于锌的溶解，颗粒表面铜相对浓缩，最初的金黄色粉末在1小时内迅速转变为红褐色。通过长时间浸没（2–4小时），颜色演变逐渐稳定，表明表面脱Zn过程接近完成。4小时后，CuZn30粉末呈现出与纯铜几乎相同的颜色，间接反映了近表面结构和成分的显著变化。 为进一步验证脱Zn对相组成和颗粒表面形貌的影响，研究人员对重度脱Zn处理前后的CuZn30进行了对比分析。EDS分析发现，粉末表面的Cu含量提升至约96.3%，粉末表层及近表层已接近纯铜成分；而XRD确认粉末主要由元素铜组成；SEM结果显示，铜颗粒表面出现孔隙密集、相互连通的纳米多孔网络。 激光吸收率提升近三成 那么这种改造了颗粒形貌和成分的铜粉对激光的吸收情况如何呢？ 研究人员测试了脱Zn前后的粉末反射率。文中指出，原始CuZn30对1064nm波长的红外激光反射率为59.4%；经重度脱Zn处理后得到的“近纯铜”，反射率降至47.7%，这意味着吸收率提升了28.8%。与纯铜对比，这种“近纯铜”对激光的吸收率，是普通纯铜的5倍以上。 对于LPBF金属3D打印来说，近三成的吸收率提升将会带来熔化质量的改善。测试结果显示，商业纯铜粉只有在300w以上的激光功率下才能形成连续稳定的熔池，这说明其工艺窗口较窄；而重度脱Zn的“近纯铜”，在100-350w的范围内，均能形成连续稳定的单熔池，这表明其具有更宽的工艺窗口。 仿生结构对粉末-激光相互作用的影响 在激光与粉末相互作用过程中，入射激光根据表面形态表现出不同的光学响应。对于光滑铜颗粒，入射激光主要在颗粒表面发生镜面反射，因为铜本身反射率较高，且由于缺乏可以重新引导光线的几何特征，反射次数有限。 相比之下，脱合金铜颗粒上微尺度的表面孔隙会引发明显的多重激光反射和局部光线捕获。这些表面空隙作为光学腔体，反复引导入射光线，从而增加激光能量的有效光学路径长度和局部停留时间。因此，颗粒吸收了更多入射激光能量，从而增强能量密度并更深入粉体。 研究发现，脱合金铜颗粒的温度远高于光滑铜颗粒，在70微秒时达到约1400 K并开始熔融，而光滑铜颗粒的熔融则在74微秒后开始。 随着激光照射的持续，两种颗粒的熔融区都会增加；然而，脱合金铜的熔化深度始终比光滑铜更大。这直接反映了孔隙诱导的能量捕获机制，有助于将能力“困”在近表面区域，加速材料熔化。 研究人员得出结论，通过加强脱合金工艺，成功制备了几乎纯净且激光吸收率显著提升的铜粉，拓宽了铜基粉末在增材制造中的应用范围。 不过，笔者注意到该研究到此并未停止，他们还对这种带有表面仿生结构的颗粒对纳米颗粒的附着能力进行了研究。这是因为，纳米颗粒改性已经是重要的提升激光吸收率和材料性能的手段。研究发现，相比光滑铜颗粒，多孔铜提供了丰富的锚定位点，可实现纳米颗粒分散更均匀。因此，该技术也为制备高体积分数的纳米颗粒增强铜基复合材料提供了新方法。 从铜3D打印的发展来看，产业端并没有放弃红外激光3D打印纯铜这一路线。这项研究提供了一个思路，即在铜颗粒表面充分“造孔”，这虽与通常的粉末规格要求相悖，但的确是一条可以探索的高反射金属3D打印优化路线。 内容参考：Bioinspired surface dealloying enables high-laser-absorption copper powders for additive manufacturing 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#铜 #3D打印

3D打印技术参考注意到，山东大学的一研究团队于不久前使用中航迈特的光束整形金属3D打印机MT280，以IN718镍基高温合金为材料，成功实现25°悬垂结构的无支撑打印。 这一发现，为金属3D打印进入光束整形发展新阶段后的无支撑工艺探索提供了思路。 环形光打印的零件试样，(a) 用较高能量密度值制造的试样；(b) 用较高激光功率制造的试样 环形光束实现无支撑打印的探索 研究指出，采用环形光束实现无支撑打印的本质在于，环形光能量分布更加均匀，进而能够降低打印过程中的温度梯度和热应力，从而能更为有效地控制翘曲，实现大角度无支撑打印。 在传统高斯光束下，悬垂角度低于45°的结构通常需要添加支撑。这是因为，传统高斯光能量分布不均，中心强度远高于边缘，造成熔池窄而深，并向下沉入粉末形成“挂渣”；同时，高斯光束因能量高度集中，导致峰值温度极高，熔池强烈流动和不稳定，进一步增加热应力和变形风险。 高斯光束通常在悬垂角度低于45°时添加支撑 相比高斯光，环形光能量分布更均匀，熔池更宽、更浅；且峰值功率密度显著降低，熔池内部流动更平稳，避免了高斯光束下因强烈反冲压力造成的剧烈凹陷和飞溅。虽然熔池重力仍会导致熔池在悬垂区下沉并形成“挂渣”，但能够在不加支撑的情况下逐层堆叠至目标高度，且不会引发灾难性的翘曲或层间断裂，保证了宏观成型性。 两种光斑打印悬垂结构对比：a.环形光有两组完整打印；b、c为高斯光，均未能完成完整打印 笔者发现，研究人员细致对比了两种光斑形成的熔池深宽比、峰值温度以及结构变形量。 环形光与高斯光熔池深宽比结果是0.16和0.57，峰值温度为3182K与3749K，可以看出两者的差异非常明显。 从上图中可以看出，环形光具有更好的打印效果，主要体现在完整性和变形量上。但仔细观察，环形光并非在所有工艺组合下都成功完成了打印。而且，环形光打印的悬垂顶部也有变形，最大变形量为0.18mm，但相比高斯光束都没有完成打印，其技术潜力已经得到体现。 另一方面，研究还评估了悬垂结构的下表面质量，环形光一如既往的在此方面没有优势，粗糙度超过40μm。 两种光斑打印的悬垂结构顶部变形量对比 从这些数据得出结论，环形光即便也存在变形，且粗糙度大，但相比高斯光仍然显示出在实现无支撑打印方面的重要潜力。它显著抑制了翘曲变形，能够完成完整构建，待工艺进一步优化，或将有更大改善。 国内光束整形技术新发展与3D打印效果探讨 该研究使用的设备为中航迈特的光束整形3D打印机MT280，其搭载500瓦激光器，采用外置光学整形元件，最终实现环状光束。转换后的光束直径由70um变为167um，能量分布更加均匀。 笔者注意到，中航迈特在2026年推出了配备无级变束能力的最新装备，而且在今年TCT展会上，也有专门的供应商提供这一技术。 据笔者查询，该技术可以在0.4秒内自适应完成高斯光、环形光与点环光斑模式的动态变换，并可根据不同工艺阶段与构件特征自适应能量分配。 这似乎已经与nLIGHT公司推出的AFX激光器所能实现的功能相接近。后者能实现环形光束的25ms内快速切换，光束尺寸范围从约85微米的高斯光束到250微米的环形光束，可精确控制能量分布。 中航迈特指出，相比高斯光设备，环形光整体生产效率可提升约30%。但环形光应用的一大难题是大光斑导致的表面粗糙问题，目前主流的方案是使用高斯光打印轮廓，环形光打印填充，而无极变束技术或能对该问题的解决提供帮助。 此外，之前3D打印技术参考还报道过EOS实现无支撑打印的方法，其通过实时测量打印过程每一层的温度，实时调整激光能量输入以减少热应力，相关技术覆盖工艺策略与控制系统。 随着金属3D打印技术发展进入光束整形时代，新的探索才刚刚开始。 将其与多激光结合，可放大效率提升效益；动态热管理与智能工艺调整，可在新形势下进行无支撑打印方案的探索；小高斯光斑+大环形光斑的结合，既保障表面质量又提升效率，但两者如何结合又有多种形式。 对于多数厂商来说目前还只能关注其中一两种技术，而谁能最先形成“有专利+有数据+有客户案例”的完整方案，就能在技术发展的新形势下让自己的打印服务成本更低、让综合解决方案更有卖点。 论文：Laser powder bed fusion of a support-free overhang structure using a donut-shaped laser beam 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#无支撑 #3D打印 #光束整形

3D打印技术参考注意到，来自中科院长春光机所、中国科学院大学以及中科院空间应用技术与工程中心的研究人员，近日在采用粘结剂喷射3D打印技术制造碳化硅反射镜研究方面取得新进展。 研究人员开发出一种能够低成本、高效率制造复杂结构、高性能SiC光学反射镜的可行方法。 Si/SiC反射镜，分别为抛光后、表面形状精度、表面粗糙度 碳化硅（SiC）因高比刚度、低热膨胀系数和高导热性，成为高性能空间光学反射镜的主要材料。然而，随着光学系统对轻量化和复杂几何形状（包括三重周期极小曲面TPMS、拓扑优化和晶格结构）的需求不断增长，传统的制造方法（例如压模成型和注浆成型）难以实现这些设计。 增材制造技术无需模具或大量机械加工即可生产复杂的陶瓷结构。对于碳化硅（SiC）反射镜而言，这通常涉及先制备预成型坯体，然后通过反应熔渗工艺使其致密化，最终得到Si/SiC复合材料。 SiC反射镜（图文无关） 研究首先介绍了SiC反射镜的传统和增材制造技术分类。传统上，SiC首先通过粉末模压成型获得坯体，再经烧结或反应性熔渗使其致密化。而增材技术则有多种工艺类型可以实现第一步的成型，如光固化、粉末床烧结、粘结剂喷射以及材料挤出沉积。 文章指出，光固化工艺可以制备高精度且结构复杂的Si/SiC陶瓷，但性能不佳的问题需要解决。粉末床烧结工艺中激光加热引起的快速熔化和凝固过程容易导致部件变形。与光固化技术相比，材料挤出沉积制备的Si/SiC性能优异且残余Si含量低，但该工艺无法制备悬垂、弯曲结构等。 SiC光学结构，来自avantierinc，图文无关 在这些增材制造技术中，粘结剂喷射（BJ）工艺近年来因其高精度和高效性而发展迅速。 笔者查询到，反应性熔渗的过程，是将SiC坯体与过量硅粉一起加热到硅熔点（>1410°C）以上，液态硅通过毛细管力渗入多孔坯体，填充孔隙。然而，BJ制备的SiC坯体孔隙率高、密度低，导致反应性熔渗后的残余硅含量高，材料整体性能不足。 从原理上来说，只要增加反应中的碳，就可以消耗游离硅。目前的解决方案之一是采用碳前驱体渗透+热解，但这种方式在面对BJ打印的坯体时会发生渗透不均匀，仍然不能很好的解决问题；另一种方式是在前述方法的前一步，先改善坯体的孔隙结构（如孔隙尺寸或降低孔隙率），其手段是优化SiC粉末的特征和粒度分布，但距离实用还有距离。 烧结工艺：a脱脂和碳前驱体渗透+热解；b反应熔渗 来自中科院的团队探索了复合粉末优化策略。研究的重点是通过提高预制体中的碳含量来减少残留硅。 虽然碳前驱体浸渗和热解技术此前已被用于实现这一目标，但BJ工艺打印的坯体中较大的孔径会导致反应不完全和残留碳，从而对光学性能产生负面影响。 研究人员提出了一种石墨添加方法，将纳米级、微米级、片状和纤维状等不同形态的石墨掺入碳化硅粉末原料中。石墨发挥双重作用：一方面改善BJ打印过程中粉末的流动性；另一方面作为碳源，促进反应性熔渗过程中残余硅转化为二次SiC。 采用3D打印技术制备的Si/SiC反射镜：a) 具有TPMS结构b) 具有拓扑结构c) 研磨后d) 薄膜厚度测量示意图e) 薄膜厚度测量结果 在所评估的石墨类型中，片状石墨效果最佳。研究指出，粉末的流动性有明显改善，预成型体的密度从1.24 g/cm³提高至1.34 g/cm³。 坯体密度的提高使浸渗过程中的反应更加充分，残余硅含量降低了18.18%，而整体密度提高了近6%。 机械性能和热性能也得到提升，其弯曲强度达到268MPa，弹性模量达到330GPa，热导率为127W/(m·K)。 对制备的具有复杂几何形状的反射镜进行光学测试，结果表明，精加工后的表面粗糙度为0.772nm RMS，形状精度为12.05nm RMS，表明其适用于高性能光学应用。 粘结剂喷射3D打印 研究人员表示，这项研究进一步证明，粘结剂喷射成型和反应性熔渗工艺组合，能够实现极高的尺寸控制精度，偏差低于0.5%，且样品间的孔隙率水平一致。 研究总结道，该方法为Si/SiC光学反射镜提供了一种可行的近净成形制造路线。这项研究以“Binder jetting additive manufacturing of high-performance silicon carbide optical mirrors via graphite addition method"为题，于2026年3月发表在Light: Advanced Manufacturing。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

3D打印技术参考注意到，来自西安交通大学、北京动力机械研究所的研究团队，近日在3D打印晶格结构领域取得新进展，他们提出了一种非均匀的共形晶格拓扑优化方法，能够生成具有空间密度和大小变化的参数晶格结构，克服了与均匀假设相关的制造限制。 增材制造的快速发展扩大了设计自由度，使复杂结构的集成制造成为可能，从而加速了轻量化结构的研究和应用。 近年来，研究人员积极探索新型设计策略，进一步提升晶格结构的结构性能。例如，机器学习算法与晶格构型设计的结合，为开发适合增材制造的多尺度晶格结构开辟了新的研究方向。在此背景下，拓扑优化起着基础作用，因为它能够识别最优材料分布。 非均匀共形晶格结构的拓扑优化设计策略，考虑了3D打印的可制造特征尺寸 文章指出，晶格结构的拓扑优化方法目前已经非常成熟，但这些方法主要适用于常规设计领域。在航空航天等特殊应用场景，需要面对空气动力学形状、承载和减重等特殊要求，设计空间可能很狭窄，也可能遇到的是薄壁结构，在设计时就存在很大的限制性。 而以往的晶格结构填充，往往是规划规格统一的晶格，然后使用布尔运算进行修剪，再将晶格与结构复合，这种方法会在边界处会产生大量的不完全单元，导致晶格结构性能降低。 非均匀共形晶格的生成原理与实现机制 为解决这个问题，目前已经有大量关于生成共形晶格结构的方法，但大多数仍依赖于均匀单元的假设，在面对工程应用时的实用性不强。 来自西交大等的研究团队，改变了这种“一刀切”的做法，让晶格结构能够“顺势生长”，在需要强度的地方分布密实，在次要区域保持稀疏，同时还能完美贴合零件的外形。 这就是其所提出的一种面向空间受限的复杂几何形状非均匀共形晶格结构拓扑优化方法，它克服了均匀单元分布的局限性。 研究人员分四步来实现这一设计过程，分别是参数化建模、性能等效快速评估、拓扑优化、几何重构生成最终模型。 首先是使用参数化建模来构建三周期极小曲面(TPMS) 晶格，通过调整参数可灵活控制晶格的密度分布和单元大小。 第二步是力学仿真。对晶格结构做力学仿真会非常耗时，该研究采用了一种叫均匀化映射的方法，直接用等效材料的属性来代替复杂的晶格，大大提升了效率。 非均匀共形晶格结构拓扑优化流程图 第三步是拓扑优化，它是整个设计的核心，它通过设定目标、迭代计算、重新分配和保证可制造性来实现。在迭代过程中，算法会监控晶格单元支柱直径，一旦支柱直径低于打印机的制造极限，多个小单元就会合并，确保生成的结构能打印出来。 优化完成后会得到一个理想的材料分布框架，然后利用第一步的数学函数，重新生成一个内部晶格密度和大小都连续变化的完整结构，确保不同区域之间过渡连续且平滑，避免产生应力集中的弱点。 设计与模拟雷达罩的密度梯度共形晶格和非均匀共形晶格 在案例展示环节，研究人员以半球形天线罩、返回舱防护结构、涡扇发动机叶片、飞机方向舵为案例，考察了上述方法在复杂工程结构中的适用性。 这些示例在形状和尺寸上差异较大，文章指出，他们所提出的非均匀共形晶格设计可以从简单的标准构件扩展到具有复杂几何边界的实际工程部件。这证实了该方法在轻量化且性能定制化的增材复杂结构设计中的多功能性、灵活性和实用价值。 这项研究以“Topology optimization of non-uniform conformal lattice structures with feature size in additive manufacturing”为题，于近日发表在Additive Manufacturing。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印