点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享这项研究的主旨在于：提出一种综合方法，结合粉末铺展模拟和激光打印实验，降低高反射材料SLM过程中的能量消耗；研究工艺参数对Al-Si-Cu-Mg合金可打印性的影响；强调SLM过程中铺粉的重要性，将打印的样品特性与粉末床的预期特性相关联。 意大利那不勒斯费德里科二世大学科研人员通过增加粉末床的填充因子来提高打印过程中的能量利用效率，提高了能量吸收效率。通过建立离散元方法模型，用于研究粉末的铺展，并确定层厚和铺展速度，以最大化填充因子；通过改变激光参数来研究打印过程，探索在低能量密度下Al-Cu的可打印性。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2022.06.017 选区激光熔化（SLM）是一种广泛用于金属材料成形的一种具有竞争优势的技术。特别是铝合金，由于其低密度、高强度、良好的可加工性和机械性能，使得铝合金被广泛应用于航空航天等重点工业领域，因此受到了科研人员和工程人员的极大关注。其中，在SLM领域研究最多的是AlSi10Mg合金，这种合金可以通过添加2%到6%之间的Cu来进一步增强机械性能。然而与铝合金相比，铜具有更高的反射率，因此使用SLM技术制备AlSi10Mg-Cu存在一定的困难。虽然目前已有这一方面的研究，但大多工作仍然主要集中在激光-粉床相互作用的研究、熔化动力学和与激光相关的工艺参数(扫描速度、功率等)的研究，对粉床铺粉系统没有研究，更是缺乏对粉末铺展和激光工艺的综合探究。研究人员通过建立离散元方法模型，用于研究粉末的铺展，并确定层厚和铺展速度，以最大化填充因子，提高能量吸收效率。使用这些参数，并且通过三种不同能量密度来制备样品，这三种能量密度低于通常打印所需的能量密度。对于每种能量密度采用四种不同激光功率来更好的研究激光束与粉末的相互作用，最后测量了样品致密化、粗糙度、微观结构和显微硬度，以评估优化工艺的有效性。AISi10Mg-Cu混合粉末SEM图像，浅色颜色的为Cu粉末 50 μm层厚下不同铺粉速度模拟结果：(a) 75 mm/s；(b) 50 mm/s；(c) 25 mm/s 30μm层厚下不同铺粉速度模拟结果：(a) 75mm/s；(b) 50mm/s；(c) 25mm/s SLM制备样品工艺参数 不同工艺参数组合下SLM制备样品 不同激光功率下样品相对密度和孔隙率 SLM制备样品横截面图像 SLM制备样品不同部位孔隙率变化 不同工艺参数下样品维氏硬度主要研究结果为：Al-Si-Cu-Mg原料合金通过流化床将AlSi10Mg和Cu粉末均匀有效的混合。建立的离散元方法模型用于研究粉末铺展过程特性，并对铺展速度和层厚的最佳值进行探究。通过改变激光参数来研究打印过程，以探索在低能量密度下Al-Si-Cu-Mg的可打印性。尽管在最低激光功率下存在不同缺陷，但打印样品显示出良好的致密度。样品从底部到顶部的孔隙率略微降低，表明当层数增加时，实际层厚度增加，对样品的可打印性具有积极的影响，这是打印零件机械性能变化的一个可能原因，因为底层粉床条件变化，而激光参数不变。最后，AlSi10Mg和Cu粉末完全熔化并混合，相关参数定义了获得完全致密零件的最低要求。 总的来说，这项研究提出一种粉末铺展模拟和激光打印样品的综合方法，以降低高反射材料SLM中的能量消耗。研究了工艺参数对Al-Si-Cu-Mg合金可打印性的影响。强调了SLM工艺中粉末铺展的重要性，将打印样品的特性与粉末层的铺粉状态相关联。然而，这项研究只模拟了粉末数量相对较少一部分铺粉过程。此外铺粉过程仅限于具有平坦基底的第一层，需要进一步研究来改进数值模型，并提供对粉床特性更加真实的预测。 注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（248112776）

根据SmarTech Analysis新的“3D打印珠宝市场2023：市场研究和预测”报告，3D打印珠宝市场预计到2031年将达到9.89亿美元，而当前的市场规模已达到4.89亿美元，从2021-2031年的复合年增长率为10%。 3D打印技术参考注意到，3D Systems于2月14日宣布推出新一代蜡模3D打印机——ProJet MJP 2500W Plus。这一全新解决方案经特别设计，旨在用于失蜡铸造工艺，以极快的速度和精度生产复杂的、高质量的纯蜡3D打印珠宝模型。该公司表示： 新一代产品平台，将巩固公司在250亿美元的全球珠宝制造市场中的增材制造领导地位。 3D打印铸造模型的垂直分辨率提高多达2倍，减少了抛光需求和对贵金属的浪费，并扩大了设计广度。 100%蜡质铸造模型的吞吐量提高多达25%，加快了部件到手时间并提高了灵活性。 ProJet MJP 2500W Plus经特别设计，旨在满足珠宝行业的独特要求，并且能够在数小时内生产高分辨率100%蜡质铸造模型。此外，在全新的高分辨率打印模式下，用户可获得极光滑的纯蜡铸造模型，这种模型表面抛光少，可减少对贵金属的浪费。这有助于以具有成本效益的方式快速创建、迭代和生产所有珠宝款式，包括最复杂的几何形状。 在数小时内生产出高分辨率100%蜡质铸造模型，实现定制的大批量珠宝制造 珠宝数字制造带来极大的灵活性 要求手工抛光可能给相关专业人员和材料等资源带来巨大的压力，进而可能对盈利能力造成负面影响。为了克服这一挑战，ProJet MJP 2500W Plus3D打印机推出一种新的ZHD打印模式，该模式可在不增加蜡质材料消耗的情况下将垂直分辨率提高多达2倍。所实现的高质量表面光洁度可减少手工抛光最终部件的需求，从而最大限度地减少金损失，并可有效提高盈利能力。此外，由于抛光需求减少，客户可以生产出无需抛光且更复杂的设计作品。 满足需求和高质量标准需要快速的设计迭代和定制，以及交付大批量生产的能力。与当前可用的解决方案相比，ProJet MJP 2500W Plus旨在帮助客户将吞吐量提高多达25%。通过提高打印机的生产率，客户可以缩短手中零件的交付时间，并在规划制造时实现更大的灵活性。作为3D Systems珠宝铸造的MJP打印解决方案的一部分，包括ProJet MJP 2500W Plus、VisiJet Wax材料和3D Sprint软件，客户能够快速持续地生成微细节、精确度为100%的珠宝蜡模，用于高产能珠宝生产的失蜡铸造。 如需了解更多这款设备的信息，可扫码进入3D Systems官网介绍页面了解技术规格等讯息。 ProJet MJP 2500W Plus3D打印机使用VisiJet 100%蜡质材料，打印忠实于CAD原图的、具有精致细节特征的珠宝蜡模，让模型呈现出精密的锋利边缘和极清晰的细节。VisiJet蜡如标准铸造蜡一样熔化，含灰量为零，可构建无缺陷铸件。该材料具有出色的耐用性，有助于处理和铸造精细特征，高对比度颜色有助于轻松呈现清晰的精致细节。此外，用户还可以使用3D Systems的高级3D Sprint软件功能来简化文件到模型的工作流程。 3D Systems副总裁兼细分市场负责人Scott Anderson提到：“制作珠宝需要能够将复杂的创意设计变为现实。全球珠宝增材制造市场估计超过20亿美元，并且由于这项技术提高了生产力、质量、灵活性和设计自由度，因此正在迅速增长。今天，我们很高兴地宣布ProJet MJP 2500W Plus，它具有非常出色的高分辨率和生产力。这项创新使我们的客户能够提供卓越的设计风格，同时减少原型生产时间和运营成本，满足大规模定制环境的需求。再加上我们的100%蜡模解决方案的可靠性和可重复的直接铸造，用户将能够实现具有成本效益、高质量的铸造蜡模，而且周转时间短，吞吐量高。” 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.超1000万件！高性能复合材料和金属材料挤出3D打印到底能做什么 2.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 3.多材料金属结构一体成型：NASA正在测试不使用热源的新3D打印工艺 4.无需预热-通过激光选区熔化制备出高致密度难熔钼金属

在很长时间内，3D打印领域的从业者所采用的打印准备软件（包含数据处理等）基本都来自国外，它们确实给用户提供了便利，让工程师们能够从软件端就能深刻体会到工艺的属性。然而，对于3D打印技术尤其是金属3D打印工艺而言，如果没有一款国产数据/准备处理软件，整条供应链则不健全。在这种情况下，漫格科技可谓填补了该领域的空白。据3D打印技术参考了解，由漫格科技推出的VoxelDance工业级3D打印准备软件截止到今年1月底 ，工业用户量已超2万，收益增长超过50%。VoxelDance软件用户量增长迅速离不开国内OEM合作伙伴和渠道的开拓，漫格科技表示，其几乎已经和国内所有的增材制造OEM厂商达成合作，如铂力特、易加三维、汉邦科技、鑫精合、雷佳等。 VoxelDance工业级3D打印准备软件具有广泛的工艺适用性 同时，该公司并不满足于此，其正在发展更多的国外OEM合作厂商并布局全球代理渠道，以实现将这款国产软件更快的推向全世界。2022年，漫格科技与多家国外增材头部用户达成战略合作，如齿科解决方案供应商新加坡Structo，电子打印开拓者以色列Nano Dimension，双方在软件解决方案和算法层面都有深度绑定。该公司已建立欧洲、日本、韩国和俄罗斯代理渠道，并在日本代理的帮助下，与Toyota总部达成合作。 漫格科技工业级3D打印数据处理软件正在走向全球 获得数千万PRE-A轮融资 2022年2月，漫格科技获得来自兴富自办的数千万Pre-A轮融资。面对增材制造工业级CAD/CAM软件几乎被国外垄断的现状，漫格推出了一系列具有自主知识产权的国产3D打印工业软件，填补了增材制造产业链中的重要空白，打破了3D打印工业软件被卡脖子的局面，真正实现了国产自主可控替代进口。 漫格科技创始人张朝鑫表示："漫格专注于底层技术研发和增材制造应用创新，通过打造从设计到制造数据流程一体化专业应用工具，最终促进数字工厂的到来。兴富资本以“做隐形冠军的资本合伙人”为使命，与漫格的发展需求和企业特质非常契合。本轮融资后，漫格将进一步加大研发投入力度，扩张海外市场，建立和发展工业软件产业界一流的具有自主创新能力的企业和团队，努力扭转我国工业软件对外依赖的局面。" 升级不断，直面工业级行业挑战 当前，漫格科技工业级3D打印准备软件VoxelDance Additive升级至4.0版本。全新的VoxelDance Additive 4.0搭载有30+项软件更新和性能优化，为打印准备工作者提供更多的操作便利，助力企业直面工业级金属3D打印的挑战，是面向金属打印的里程碑。 VoxelDance Additive 4.0中针对金属打印新增功能包括： 树支撑：相比柱状支撑，树支撑更加节约材料。尤其在支撑面高度比较大的情况下，节省材料更多。Voxeldance Additive 4.0支持树支撑的手动编辑，操作更加灵活。 网状支撑：作为一种放射形网状结构的支撑，相较块支撑等常规支撑结构，能够更好的约束环形支撑面的收缩特性，从而更好的防止零件变形。 边界增强（块支撑）：4.0全新的块支撑边界增强可以防止边缘和基板接触部位的开裂，提供了更强的支撑约束力，保证在去应力退火之前，零件被稳定的控制在底板上，从而提升打印成功率。 BP特征区域：特征区域是一个影响零件局部打印参数的空间边界条件。4.0全新的BP特征区域功能允许用户设置特征区域，并在特征区域与零件相交的位置配置不同的激光扫描策略，从而在细节部分得到更好的打印质量。 广州汉邦作为漫格科技在金属打印领域合作最深入的合作伙伴，对4.0发布给予了高度评价。该公司材料工艺部经理牛留辉表示，“VoxeLDance软件可以实现金属3D打印在医疗齿科、模具领域、手办制造、汽车、航空航天等领域的自动摆放、支撑添加等数据准备过程，尤其是智能支撑的使用，可以大大减少3D打印零件的粉末损耗和后处理时间。” 提供接口，为高端用户赋能 得益于漫格科技自主研发的vdk4.0几何引擎和建立在引擎之上的修复、支撑和路径规划算法，漫格科技的软件已经受到众多3d打印OEM厂商和用户的认可。漫格科技将这些强大的算法封装起来，并提供API接口，允许企业调用，将使用户的软件更高效，更出众！ 2023年随着疫情的放开拉开序幕，告别新冠，漫格科技对未来充满期待。笔耕不辍，代码不止，公司将继续优化、升级软件，将产品做好并实现行业应用落地。 新品发布，布局消费级应用 2022年1月，漫格科技发布消费级切片软件VoxelDance Tango, 与全球头部桌面级打印机和树脂厂商建立合作关系，包括：纵维立方、智能派、创想三维、永昌和等，共同推动LCD/DLP 3D打印在手办、珠宝和齿科行业的应用。 Tango软件推出后，获得了大量国内外消费者好评。某手办爱好者表示，“我最喜欢的是Tango非常多的预设支撑脚本，对于新手不知道该如何有效加支撑这个问题，真是福音，具体的参数放在眼前总比自己感觉准的多。Tango的支撑生成准确，打印成功率更高。“ 基于数据处理深入探索3D打印技术在汽车、航空航天、医疗、齿科、手办等行业应用，是漫格科技实现中国增材制造CAM工业软件使命的根本要求。 2023年，漫格科技将会推出一系列的软件相关优质内容，分享3D打印软件、设计和打印知识，和用户共同学习，共同进步！ 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;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.超1000万件！高性能复合材料和金属材料挤出3D打印到底能做什么 2.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 3.迈向国际，中国工业级3D打印品牌深入欧美增材强国腹地 4.视频：化学方法去除金属3D打印支撑及表面抛光

  物业工作周报“我们基于华曙高科增材制造解决方案研发生产的3D打印骨科植入物已成功获得3张三类医疗器械注册认证，3D打印手术模型导板已广泛应用于16个临床科室，应用案例超过1万例。  我们与华曙高科携手，共同促进3D打印技术成果广泛应用于医疗行业，助推个性化精准医疗。” ——湖南华翔医疗科技有限公司   继国内首批获得三类医疗器械许可证的金属3D打印钛合金骨科植入物——多孔型椎体融合器、多孔型椎间融合器上市之后，由湖南华锐科技集团股份有限公司旗下——湖南华翔医疗科技有限公司（曾用名：湖南华翔增量制造股份有限公司），采用华曙高科金属3D打印解决方案，研发的钽金属3D打印椎间融合器，于2023年1月获得首张以钽金属粉末为材料的仿生骨小梁结构增材制造椎间融合器三类医疗器械注册证。 钽金属增材制造椎间融合器是湖南华翔与华曙高科联合开发的医用级3D打印解决方案的产品之一。该解决方案包括产品的设计、3D打印设备、打印材料、打印工艺，以及产品检测和无菌生产等全套流程，核心技术已申请专利，拥有完全自主知识产权。 钽属于难熔金属，熔点接近3000℃，此材料的成形对设备的光斑质量提出较高要求，需要稳定的能量输出。钽在成形过程中，因为成形应力大，零件易开裂，需要优化成形工艺来避免此类问题。 早在2016年，华曙高科3D打印研发团队便基于深度开源平台，秉承持续创新理念，攻克了钨、钽、钛合金、铜合金、高温合金等多种金属粉末材料激光精密成形的种种难点，成为国内率先成功烧结钨、钽等材料的3D打印企业，并将其广泛应用于汽车、航空航天、医疗等领域。 钽金属材料增材制造椎间融合器技术优势：1、钽作为“亲生物”金属，具有良好的耐腐蚀性[1]和生物相容性[2-3]，其对骨组织的亲和力突出，骨传导和骨诱导能力优异，促进骨长入和骨融合； 2、三维贯通仿生骨小梁微孔结构，有利于骨融合和血管化；孔隙率高达68 % - 78 %，促进骨长入和血管形成，提高融合率； 3、弹性模量与人体松质骨和骨小梁接近，生物力学适配度高，减少应力遮挡； 4、解剖形态匹配度高，微米级及纳米级的表面粗糙度，与人体骨骼摩擦系数高[4]，有利于提高融合率和稳定性，抗下沉能力突出； 5、优秀的承重能力[5]，可实现即刻负重；高韧性和高塑性，抗疲劳性能优异。 华翔医疗首款钽金属增材制造椎间融合器医疗器械注册证的获批，标志着多孔钽金属植入医疗器械已实现产业化突破，填补了多孔钽材料增材制造领域市场空白，这充分体现了华翔医疗与华曙高科在创新医疗器械与增材制造领域的科研创新能力。 这是我国医疗领域重要技术突破，为钽金属增材制造领域里程碑事件，将引领行业快速发展和进步。不久的将来，定会涌现出更多优质创新产品和技术，为精准医疗、个性化医疗、高端医疗发展贡献民族力量。 【参考文献】 [1] Sagomonyants KB, Hakim-Zargar M, Jhaveri A, et al. Porous tantalum stimulates the proliferation and osteogenesis of osteoblasts from elderly female patients[J]. J Orthop Res, 2011,29(4):609-616. [2] Balla VK, Banerjee S, Bose S, et al. Direct laser processing of a tantalum coating on titanium for bone replacement structures[J]. Acta Biomater, 2010,6(6):2329-2334. [3] Cortecchia E, Pacilli…

激光增材制造技术的出现使得快速凝固和大尺寸成形工艺有机地结合起来，获得了传统成形工艺无法得到的微观组织和力学构件。近日，西北工业大学黄卫东、林鑫教授团队使用激光立体成形技术成功制备了高致密度块状Al-Si合金，并基于实验表征、数值模拟、理论模型等手段对工艺参数–凝固/热循环条件–多尺度微观组织–拉伸性能进行了系统分析和量化研究。本工作从成形条件入手，落笔于组织形成机理，深入揭示了工艺–组织–性能间的内在关联，为精密调控及大规模制备Al-Si合金奠定了理论和实验基础。相关研究成果以“Investigations of the processing–structure–performance relationships of an additively manufactured AlSi10Mg alloy via directed energy deposition”为题发表在国际期刊Journal of Alloys and Compounds上。   论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169050 研究背景 随着现代工业，尤其是航空航天、汽车、医疗等领域的快速发展，对材料轻量化以及比强度的要求越来越高。铝合金作为一种传统的轻质有色金属材料，具有低密度、高强度和优良的抗腐蚀性能，在轻合金的研究及使用中占有很大比例。在铸造铝合金中，又以Al-Si合金的制备和使用最为广泛。提高冷却速率可以有效改善强化相共晶硅的形貌和尺寸，然而，传统的制造工艺手段，例如铜辊轮旋淬法、熔融纺丝法等只能制备薄带、丝等尺寸很小的试样，无法满足力学构件的使用要求。激光增材制造技术 (LAM) 不仅可以获得较高的冷却速率，同时可以获得高致密度、大尺寸、复杂精密构件。尽管Al-Si合金在选区激光熔化技术 (SLM/L-PBF) 中有着广泛且深入的研究，但就高效率沉积大尺寸构件而言，其与激光立体成形技术 (L-DBD) 仍有较大的差距。 由于铝合金质轻、密度低，不易汇聚于熔池中；并且其熔点低，在高功率激光和往复热循环作用下不易凝固，因此其在激光立体成形中的研究和应用一直比较滞后。再者，激光增材制造工艺是快速凝固和往复热循环的综合过程，如何深入理解背后的作用机制，对于其微观组织和力学性能的调控具有关键的指导作用。西北工业大学黄卫东、林鑫教授团队基于铝合金的成形特性，在大量的实验基础上，成功制备出高致密度块状Al-Si合金，并对微观组织形成机理及其对力学性能的影响进行了深入、系统的分析，构建出工艺–组织–性能量化关系研究框架。 实验装备 西工大金属高性能增材制造团队具有完备的激光立体成形装备和丰富的实践经验，本工作在自主研发的LSF-VII型设备中完成。针对铝合金成形特点，为了更好地将熔池中及热循环产生的热量及时导出，在沉积基板底部设计了循环水冷装置，提高了Al-Si合金的沉积效率及成形质量，制备了尺寸为70 × 70 × 15 mm3, 致密度为99.24%，微观组织均一的块状试样。 图1. 激光立体成形装备及沉积试样：(a) 西工大金属高性能增材制造团队自主研发的LSF-VII型激光立体成形设备；(b) 成形舱室中沉积打印实物图；(c) 基板底部强制水冷装置示意图；(d) 激光立体成形Al-Si块状合金及拉伸试样实物图 研究手段（1）—数值模拟 工作团队为了深入挖掘成形过程中熔池内部的快速凝固机制以及沉积试样中往复热循环的影响，建立了基于Abaqus软件的有限元模型。模型尺寸与实际打印试样相等，为了兼顾计算效率和模拟精度，充分考虑了“三传”影响，基于物理本质及实际实验条件，进行了合理化假设，提取出了熔池内部的凝固控制参数及沉积试样热循环曲线。 图2. 有限元数值模拟：(a) 有限元模型尺寸及网格划分；(b) 熔池温度场提取截面；(c) 稳态熔池示意图；(d) 凝固控制参数的提取：温度梯度G和固–液界面移动速率R；(e) 沉积试样1、25、50、75层中心点经历的热循环曲线 研究手段（2）—实验表征 激光立体成形Al-Si合金具有多尺度微观组织，利用实验表征的手段可以充分揭示其组织特征和尺寸。从微米尺度的外延生长的柱状晶，到亚微米尺度的柱状树枝晶，到枝晶间网状分布的共晶硅，再到枝晶干内弥散分布的纳米尺度析出硅颗粒。 图3. 多尺度微观组织：(a) 横截面呈等轴状的晶粒形态；(b) 纵截面呈柱状的晶粒形态；(c) 光镜下横截面呈菱形的等轴状树枝晶；(d) 光镜下纵截面呈外延生长的柱状树枝晶；(e) SEM电镜下枝晶周围网状分布的共晶硅相；(f) SEM电镜下呈细晶区、粗晶区、热影响区的熔池边界；(g-i) 基体中析出硅颗粒 通过准静态轴向拉伸试验，获得了沉积试样横向拉伸性能数据。相较于传统铸造等工艺手段，激光立体成形制备的AlSi10Mg合金具备更强的加工硬化能力，加工硬化指数可以达到0.2左右；且具有优良的综合力学性能（屈服强度187±1.5MPa；抗拉强度314±2.4MPa；断裂延伸率7.4±0.5%），突破了传统铸造合金强–塑性无法兼顾的桎梏。 图4. 沉积态试样横向拉伸性能：(a) 工程应力应变曲线；(b) 真应力应变曲线；(c) 加工硬化率及加工硬化指数；(d) 综合力学性能（屈服强度和断裂延伸率）对比图（标注引用参见本工作原文参考文献） 理论模型（1）—非平衡凝固模型 激光立体成形熔池中的冷却速率可以达到103–104 K/s，因此，工作团队根据仿真模拟中提取的熔池内部凝固控制条件对凝固模型中的参数进行修正，将经典非平衡凝固理论应用到此工艺参数范围。一次枝晶间距 (PDAS) 和枝晶胞状结构尺寸…

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享 近日，西北工业大学联合日本大阪大学在激光选区熔化（SLM）制备铝基复合材料领域取得新突破，采用SiC纳米颗粒增强铝基材料，在SLM过程中原位生成纳米Si颗粒和Al4C3纳米相，使得材料延展性和强度有了大幅度同步提升。相关研究成果发表于材料科学领域顶级期刊《Materials Science and Engineering: A》（中科院1区Top期刊），西北工业大学的李金山和陈彪教授为论文通讯作者，日本大阪大学焊接研究所的研究人员参与工作。这项研究工作得到了国家自然科学基金(52071269;51901183)和重庆自然科学基金(CSTB2022NSCQ-MSX0945;cstc2021jcyj-jqX0032)等项目的资助。 原文链接:https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144552 铝及其合金因其低成本、低密度、高比强度、高导热性和优异的耐腐蚀性而备受关注，是用途最多、最经济和最具吸引力的金属材料。截至目前，铝合金在结构材料中的应用量仅次于钢。与钢相比它的强度相对较低，因此铝合金的应用被大幅限制。通过添加强化颗粒制备复合材料是提高铝合金强度最有效的方法之一。然而大多研究表明通过添加颗粒强化铝合金通常会造成延展性的严重降低，限制了高性能铝基复合材料的发展。铝基复合材料延展性的降低诱因很多，如强化团聚、强化相与基体结合不良等。然而，在铝及铝合金中增强颗粒主要位于晶界和初级粉末边界，这加剧了应力集中并导致在变形过程中的早期断裂。为避免这一问题，研究者提出在选区激光熔化（SLM）过程中通过化学反应原位实现铝基复合材料中纳米增强相在材料晶粒内部的强化。因此研究人员选择SiC纳米颗粒作为增强材料，以促进它和Al的原位反应。对复合材料的微观结构和力学性能与放电等离子烧结（SPS）制备的复合材料进行对比。实验原料采用SiC纳米颗粒（60nm）和Al粉末（15-53μm），按照不同的体积比例进行均匀混合，SiC含量分别为0.2%、0.4%、0.6%。分别采用SLM和SPS工艺进行样品制备。SPS制备样品是在5Pa的真空状态下进行，烧结温度为530℃，30分钟的保温时间。同时采用相同的工艺参数分别制备了纯Al样品。对它们进行拉伸性能及微观组织的测试。图1是SPS和SLM制备的SiC/Al复合材料示意图以及变形过程中微观组织结构的形成。 图1 SPS和SLM制备SiC/Al复合材料示意图以及变形过程中微观组织结构形成和与位错相互作用方面的差异 研究结果发现通过SPS制备的复合材料中只有一个SiC峰。主要因为SPS是固相烧结，因此SiC纳米颗粒保留在SiC/Al复合材料中。相比之下SLM制备的复合材料中没有SiC峰，相反存在Si峰和Al4C3峰，因此在SLM过程中引入的SiC纳米颗粒与熔池中的Al反应生成Si和Al4C3。TEM表明SiC纳米颗粒保留在SPS-0.6SiC/Al的原始粉末边界，尺寸与原始SiC纳米颗粒的尺寸相似。SLM-0.6SiC/Al中的Al晶粒内部存在大量纳米颗粒（~28nm）。根据HRTEM图像中显示的特征晶格条纹，这些纳米颗粒是Si颗粒。此外还存在一些棒状结构，通过快速傅里叶变换表明为Al4C3纳米相，TEM分析与拉曼光谱分析结果一致（图2和3）。图2 通过SLM和SPS制备的0.6SiC/Al复合材料的拉曼光谱 SPS制备的样品呈现等轴晶粒，晶粒尺寸大致相似，这在SPS材料中很常见（图3a-d）。相比之下，SLM样品表现出完全不同的晶粒形貌（图3e-n）。在垂直于建造方向的表面，SLM-Al的微观结构由许多环形特征组成，随着SiC添加量的增加，这些特征越来越不明显。添加的SiC纳米颗粒扰乱了凝固特性，因此抑制了环状组织形成。另一方面，所有SLM样品表面都呈现与打印方向平行的柱状晶粒。值得注意的是由于与打印方向平行的表面具有拉长的晶粒形貌，因此这个平面的平均晶粒尺寸难以统计，垂直于打印方向的表面平均晶粒尺寸大致相似约9~10μm（图3）。 图3 通过（a-d）SPS和（e-n）SLM制备的样品EBSD图像：（a，e，j）纯铝；（b、f、k）0.2SiC/Al；（c、g、m）0.4SiC/Al；（d，h，n）0.6SiC/Al。GS代表晶粒尺寸 图4 （a-b）SPS和（c-f）SLM制备的0.6SiC/Al复合材料TEM图像，（b，d）分别为a和c中黄色方框中的HRTEM图像。（f）e中黄色方框中的快速傅里叶变换（FFT）图像。PPB代表原始粉末边界 SiC/Al复合材料和纯铝的拉伸应力-应变曲线表明了SPS样品比SLM样品表现出更好的延展性。通过SPS制备的样品随着强度的提升延展性呈现下降趋势。而通过SLM制备的SiC/Al复合材料中不存在这种关系，强度和延展性都随着SiC增强相数量的增加而增加。以SLM-0.6SiC/Al为例，与SLM-Al相比，强度和延性分别提高了53%和19%。另一方面，SPS-0.6SiC/Al的强化效果仅为13%，并且延展性降低了30%。总的来说与SPS工艺相比，SLM制备的复合材料中纳米增强相的引入不仅提升了材料的延展性，而且提供了更高的强化效果（图5）。这项研究工作与已发表的研究工作相比，强化效率得到大幅度提升，其中空心符号和实心符号分别表示用陶瓷颗粒和纳米碳材料增强的铝基复合材料（图6）。 图5（a）SPS和（b）SLM制备样品的拉伸应力-应变曲线 图6这项工作与已发表工作的强化效率比较，HE、HP、HPT、HR分别代表热挤压、热压、高压扭转和热轧 总之在SLM制备SiC/Al复合材料过程中，SiC纳米颗粒在熔池中与Al反应，原位生成纳米相（Si和Al4C3）。生成的Si和Al4C3都位于Al晶粒内部，这些晶粒内的纳米相不仅有效地增强复合材料强度，而且赋予复合材料更高的延展性。与SLM制备纯铝相比，SLM-0.6SiC/Al的强度强化效果可以提升53%，延展性提升19%。这项研究为避免铝基复合材料的延展性降低提供了一种新的策略。 论文引用：Jie Wan, Huarui Geng, Biao Chen, Jianghua Shen, Katsuyoshi Kondoh, Jinshan Li, Evading ductility deterioration in aluminum matrix composites via intragranulation of nano-reinforcement by reactive selective laser melting, Materials Science & Engineering A, 863 (2023) 144552注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（248112776）

Markforged是知名的采用FDM技术3D打印纤维复合材料和金属材料的领导者。其可成型材料包短切与长纤纤维增强尼龙、ULTEM™ 9085等高性能复合材料以及不锈钢、高温合金、铜等金属材料。这两种类型的3D打印机使Markforged在该领域取得了巨大成功。 据3D打印技术参考了解，Markforged的产品已部署在70个国家的1.5万家工厂。在整个产品开发周期中，从研发到售后维修，该公司已经打印了超过1000万个零件。自成立以来，Markforged拥有经过验证的运营模式和强劲的增长记录，并在2020年创造了约7000万美元的收入。 Markforged推出的3D打印设备 自2021年公司上市以来，Markforged从主打连续纤维制造的概念逐步转型，并形成了自己的生态平台Digital Forge，旨在提供稳定的高质量工业水准生产能力，规避现有供应链委外的不便。期间经过研发和收购，该公司从设备、软件到材料以及平台建设具有极大改进。Digital Forge平台是为现代制造商提供的工业级增材制造平台，使客户能够通过软件的敏捷性来改变工业流程，由硬件、软件和材料组成，在一个统一的平台上无缝协作。该平台为无缝且安全的集成到用户现有的制造生态系统而准备，并消除设计和功能部分之间的繁琐的沟通步骤。采用Digital Forge技术的公司可节省大量的时间成本和物流成本来获得立竿见影的效益。通过该平台，用户可以培养出一支专业的增材技术团队，并通过更灵活、更高效的供应链推动长期竞争优势。 Markforged 3D打印的高性能复合材料和金属材料 中国作为Markforged的重要市场，为帮助用户更好的体验旗下产品的增材生态，该公司将于春季举办线下系列活动，诚挚邀请行业内外的朋友一同从多角度参观Markforged的Digital Forge平台。通过开放日，用户将全面体会到软件-硬件-材料-服务四位一体的Digital Forge平台所能带来的价值体验。 开放日体验 01参观当前打印机阵容02展示当前的材料产品(PLA、复合材料、金属和新材料)03高光软件(Eiger，Blacksmith，3D打印力学仿真)04MFU和客户成功计划的优势05领取Eiger平台live demo-打印的样品零件 活动时间地点 2月22号 下午2:30 大连 3月02号 下午2:30 北京 3月24号 下午2:30 上海 3月24号 下午2:30 东莞 活动注册 填写后请等待审核结果 现场演示 软件-硬件-材料 在现场，除了材料和设备，Markforged工程师将现场展示简单的操作流程：串联设备，材料和软件制做理想的稳定，高强度打印零件。 隐藏环节 每场活动都会设有隐藏环节，如：邀请地区典型客户分享，或新产品发布（FX20,PX100等等）期待您莅临现场挖掘。 重要看点1. 软件——Blacksmith 2021年3月，Markforged推出了业界第一个用于数字制造的自动控制软件，用强大的人工智能连接零件设计、生产和检测。这是一个用于检查和分析3D打印部件外部和内部的自动化解决方案。它取代了通常不可靠、昂贵和耗时的人工打印后检查过程。保证每一个打印的零件每次都有相同的质量，而且在有支持Blacksmith的X7打印机的地方都有相同的质量，不需要在每个地方都配备专业的技术人员。 2. 软件——仿真通过仿真，3D打印部件将具有苛刻的工业应用所需的强度。为增材制造优化的强大仿真技术，让任何用户都可以虚拟测试零件，省去了配置打印参数以满足性能要求的猜测工作。仿真可以更快的交付受信任的部件。通过减少设计-打印-测试的迭代周期和返工延迟。与需要专业知识和耗时分析的传统仿真工具不同，仿真被集成到Eiger中并简化为增材制造，因此用户可以在他们熟悉的切片和打印工作流中测试部件。仿真降低了3D打印零件的成本。通过自动优化所需的材料和连续纤维增强量。通过毫不费力地应用优化设置，以满足用户对强度、成本和打印速度的需求，避免过度构建的部件和浪费的材料。用虚拟测试代替典型的5到25次迭代的试错打印可以为每个零件节省数百甚至数千美元。最终，这使得纤维增强复合材料部件的使用得以扩大——更多的金属工具和最终使用部件可以以一种更快、更便宜、更轻松的方式更换。00:3 3. 软件——Eiger Fleet Eiger Fleet是一个基于云的软件解决方案，意在加速大规模增材制造业务的采用和简化。它提供了更高的操作效率和可见性、企业级访问管理和简化的工作流程。 旨在帮助客户快速打印强大和准确的零件在按下一个按钮，随时随地，都可以使用Eiger Fleet: 01用户远程控制访问零件，打印参数调整，设备，打印操作和数据。02将增材制造工作流程无缝链接到现有的业务流程和企业软件系统。03管理数字化零件库存，利用批量操作和组织范围内的预设，快速从CAD文件到标准化零件。04跟踪性分析，优化效率和交货期。 5. 设备代表——Mark2 在四场活动中，您都有机会看到Markforged的（部分）全线机群代表，本篇文章中向大家列出Markforged最为公众所熟知的Mark 2机型。制作铝合金强度零件的顶级专业3D打印机- Mark Two：最强大的桌面生产机器。同类机器中无人出其右的制造能力:从碳纤维的强度到凯夫拉的耐久性到耐高温纤维的耐热性。Mark 2从内到外都很”结实”。铝合金外壳和精密加工的配件支持您超过数千小时的打印可靠性。得益于软件、硬件和Markforged的热塑性材料Onyx，Mark Two出品的零件是可预测的、准确的，并重新定义了行业领先的表面光洁度。简单来说， Markforged的Mark 2您值得选择的专业3D打印机。   5.材料代表 Markforged被大家所熟知的材料为连续纤维，例如碳纤维等。除了碳纤维之外，Markforge还提供了三种连续纤维，基础材料像尼龙，Onyx等也有各自优势。同时平台兼容线材金属打印，金属材料选择高达6个。Markforged是为数不多行业中可以横跨塑料，符合材料和金属的多材料打印平台。 增材制造行业代表着一个巨大且不断增长的市场机遇。该行业从2012年的20亿美元增长到2021年的180亿美元，预计2029年将达到1180亿美元。随着增材制造技术在创造具有成本效益的终端使用部件方面的成熟，现有供应链整合和回流趋势将加速推动行业增长。 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.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 2.占地27亩！汉邦科技金属3D打印装备研制基地一期项目开工建设 3.迈向国际，中国工业级3D打印品牌深入欧美增材强国腹地 4.激光烧结“面曝光”3D打印迎来重要发展，大幅提高速度、降低成本，适应更多材料

隶属江苏省科技厅的江苏省三维打印装备与制造重点实验室，于2013年7月成立，该重点实验室位于南京，下设4个研究室和2个中试基地，共5000平方米。该实验室主要围绕三维打印领域重大需求，开展三维打印关键基础理论与技术、三维打印成型设备及装备研发、三维打印材料开发等方向的研究。 江苏省三维打印装备与制造重点实验室拥有丰富的3D打印经验以及先进的设备，工程师们最近利用这些设备进行了一个新型圆极化介质螺旋天线的研制项目。 陶瓷线材+3D打印+直接使用 为了制作理想的介质天线，工程师选用了专用于射频应用的低损耗材料——Zetamix Epsilon 7.5陶瓷线材。Nanoe公司推出的此类线材是专门针对电子通信领域，并提供三种不同的介电常数，分别是2.2,4.5,7.5。打印后可直接使用无需后续的脱脂和烧结，用户包括泰雷兹集团(THALES)等国际电子高科技公司。由于需要测试打印样件的实际介电常数和损耗，工程师要打印具有不同填充密度以及流量率的样件，为了让研发更顺畅的推进，江苏省三维打印装备与制造重点实验室选择了运行稳定的高精度FDM/FFF 3D打印机Raise3D Pro2。 不同填充密度和流量率的打印样品 Pro2最小喷嘴直径可达0.2mm，最小层高可精确至0.01mm，运行稳定且与Nanoe Zetamix系列耗材高度兼容，可帮助江苏省三维打印装备与制造重点实验室在研发过程中稳定的产出高精度陶瓷部件。正在打印陶瓷部件的Pro2在打印样件时，工程师利用了Raise3D生态系统中的ideaMaker切片软件对模型的填充密度进行了调整，最终将打印样件的相对介电常数相应地从2变化到6。此外，损耗角正切值的测试结果表明，新型Epsilon丝材是一种适用于射频应用的低损耗材料。打印样品的实测相对介电常数和损耗角正切值 3D打印介质螺旋天线 在完成样件测试后，一个3D打印的螺旋结构、金属地板和同轴探针组成的圆极化介质螺旋天线被设计、加工出来。 3D打印的圆极化介质螺旋天线 随后，工程师利用矢量网络分析仪(VNA)和微波暗室分别对其阻抗和辐射特性进行了测试。测试中的介质螺旋天线实测的反射系数、轴比以及天线在5.2和5.4 GHz时的辐射方向图均与仿真结果吻合较好，提出的介质螺旋天线能够提供卫星通信所必需的宽带圆极化辐射。与金属同类型天线相比，该介质天线更加轻盈且具有更高的辐射效率。仿真与实测的辐射方向图（a）5.2GHz（b）5.4GHz通过此次的介质天线研制项目，江苏省三维打印装备与制造重点实验室累积了丰富的精密陶瓷FDM/FFF 3D打印经验，为以后将迎接的挑战做好了准备。随着科技的发展，如今很多行业的发展也逐渐数字化。5G精密制造和航空航天也都逐渐引进高精密陶瓷FDM/FFF 3D打印技术，进行研发生产。高精密陶瓷FDM/FFF 3D打印技术究竟有哪些优势？如何利用此技术进行快速又稳定的研发项目？Raise3D的合作伙伴——法国Nanoe作为全球少有的具有纳米级工艺标准的创新企业，发布了《高精密陶瓷FDM/FFF 3D打印指南》为用户解答以上疑问，可免费下载。 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.为特殊金属和特种陶瓷开辟一种可行的3D打印解决方案 2.金属+陶瓷 | 一种基于烧结，可实现多材料3D打印一体成形的方法 3.日本知名高校使用中国高精度3D打印机开展产学研工作 4.Raise3D 发布全新 PET CF 碳纤维增强耗材

2月10日上午，广东汉邦激光科技有限公司金属3D打印装备研制基地一期项目奠基仪式成功举行。 汉邦科技金属3D打印装备及产业链基地项目，规划用地面积27.11亩，主要面向研发生产军工航天器件、医疗仿生器械、新能源、工业精密模具等领域大、中、小型金属3D打印装备。 汉邦科技董事长刘建业表示，未来，汉邦科技将打造出一个智能制造的研创型企业，成为具有企业展示度和创新性的中山门户。 中国工程院院士、汉邦科技首席顾问王迎军表示，汉邦科技是一支具有创新思维的、专业的、有使命感、有责任心的优秀的团队。很荣幸的见证了汉邦科技一步一步成长，一步步做大做强，系列金属3D打印装备得到航空航天、医疗器械、大工业市场及海外市场的认可。金属3D打印装备产业化基地项目的奠基标志着汉邦科技进入了一个新的历史阶段，希望汉邦科技以此为契机，在多个领域大力推动增材制造（3D打印）技术应用，实现精准数字化医疗，助力有源、无源高端医疗器械产品创新，为国民大健康做出积极贡献，积极推动我国传统工业体系升级，为我国制造业科学发展发挥重要作用。 ▲汉邦科技董事长刘建业 ▲中国工程院院士、汉邦科技首席顾问王迎军 广东工业大学副校长、广东工业大学-汉邦科技金属增材制造技术联合研发中心主任王成勇表示，汉邦科技发展迅猛，公司运营管理团队与科研团队年富力强，重视研发投入和前瞻性创新投入。广东工业大学于2017年开始与汉邦科技开展长期战略性产学研合作，联合进行金属基复合材料SLM打印工艺研究，联合研发LACM激光增减材微切割金属3D打印混合制造装备，实现多项核心技术成果转化，共同组建“广东工业大学-汉邦科技金属增材制造技术联合研发中心”、“博士后创新实践基地”、“研究生联合培养基地”，取得丰富的科研合作成果，联合培养逾十名博士后、硕士人才。 致力于做行业赋能者 汉邦科技依托强大的先进装备设计与制造能力，目前已成功研发大中小多款强力迭代机型，产品矩阵完整。其中HBD E500、HBD 1000及 HBD 1200等多光路大尺寸设备，已与多家航空航天、能源和知名高端工业企业达成稳定合作并批量供货。从金属增材制造技术到LACM激光增减材复合加工工艺，汉邦科技以智能、自动、数字化为抓手，提供一体化专业金属增材制造解决方案，为客户提供更加高效、柔性的新业态合作方式，持续为客户创造最大价值。 通过不断创新选代的金属3D打印装备、软件、控制系统、工艺和技术参数库，拥有大量的应用技术及数据积累，目前申请金属增材制造技术相关技术专利和软件著作权200余项，并参与制定多项增材制造国家标准、行业标准及团体标准，凝聚了强大的合作专家资源。 汉邦科技产品系列 汉邦科技产品销往世界多地 截至目前，汉邦科技全球销售及装机遍及全球逾二十个国家，包括亚洲、欧洲、北美洲、中东等。行业应用覆盖航空航天、医疗齿科、骨科、新能源、模具、汽车、个性化定制、教育科研等多个领域，逐步走出一条产业多元化高质量发展新路，得到客户的高度认可并达成长期战略合作，包括中国钢研、中国核动力院、未来工场、珠海格力、深圳光韵达、上海交大等各名企高校。 砥砺前行，跨越式发展 汉邦科技是领先的工业级金属增材制造设备制造商，于 2007年进入金属3D打印领域，专注于设备的研发、制造、销售、应用和技术服务。多年来，公司不断加强全面管理，以优良的质量赢得了信誉。2017年荣获国家高新技术企业认定，2018年获批广东省金属3D打印工程技术研究中心，2019年获批广东省博士后创新实践基地，2020年被授予广东省知识产权示范企业。 2021年，汉邦科技完成近4亿元人民币首轮融资，同年建立院士工作站。2022年，公司在上海市临港新片区获批产业园建设用地近40亩，建成面积达6万平方米的生产应用车间。同年，汉邦科技当选国家第四批专精特新“小巨人”企业。 2023年2月，汉邦科技金属3D打印装备研制基地一期项目，在中山市、镇各级大力支持下，实现拿地即动工，项目规划用地面积27.11亩。未来，汉邦科技将打造出一个智能制造的研创型企业，进一步提升金属3D打印品牌的知名度。 金属3D打印装备研制基地建设项目一隅效果图 在新年春节之际，汉邦科技董事长刘建业表示，公司在过去一年经受住了疫情冲击，全面赋能海内外航空航天、能源、高端工业、医疗器械等领域，并在众多行业用户的帮助下，全年整体业绩取得较大幅度的新增长。汉邦科技以沉淀积累了十余年的专业技术和成果，为客户提供一体化专业金属增材制造解决方案，为合作伙伴提供高效、柔性的新业态合作方式。新的一年，汉邦科技将一如既往地专注于金属增材制造装备与工艺技术的不断专研、探索和持续升级，在智能智造这条科技发展道路上持续夯实公司软、硬实力，当仁不让的肩负起企业使命和社会责任，助力增材产业发展，成为金属增材制造事业的中坚力量。 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：F357、TC4、IN718，众多先进材料3D打印组件集中布置到太空运输工具 2.美空军支持钛合金废粉回收，以降低3D打印粉末的材料成本 3.SmarTech：2031年全球金属3D打印零件市场将达千亿 4.2022年 | 国内外20余款重量级金属3D打印新设备看点

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享 近日，广东省科学院新材料研究所、湘潭大学、南方科技大学和法国贝尔福蒙贝利亚技术大学研究人员利用选区激光熔化（SLM）技术制备了具有优异机械性能（超高抗拉强度和优异延展性）的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金。系统地研究了SLM制备Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金样品的微观组织结构演变、相变、晶体织构和力学性能。相关研究成果以“Achieving ultra-high strength and ductility in Mg–9Al–1Zn–0.5Mn alloy via selective laser melting”为题发表于《Advanced Powder Materials》期刊。广东省科学院新材料研究所为论文通讯单位，湘潭大学、法国贝尔福蒙贝利亚技术大学，英国伯明翰大学和南方科技大学的研究人员参与研究工作。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apmate.2022.100097   制造超高强度和延展性 Mg–9Al–1Zn-0.5Mn 合金的捷径  镁合金具有优异的生物相容性、接近人体骨骼的超低密度、无应力屏蔽现象等优点，在生物医学领域引起了人们的广泛关注。尽管镁基合金的生物降解性广泛地促进了其在生物领域的应用，但镁合金在体内降解后力学性能会显著降低，导致种植体过早断裂失效。因此设计和制备一种具有良好强度和韧性的高性能镁基合金植入物已成为当前的重要挑战之一。 Mg-Al-Zn-Mn系合金是铸造镁合金中最受欢迎的成分之一。Al作为增强元素，增加逐渐材料的强度和流动性，而Zn和Mn提高了材料生物相容性、可塑性和耐蚀性。因此特别是Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金，已经成为骨植入物有前途的候选材料之一，因为它具有匹配良好的机械性能和耐腐蚀性。然而受到密排六方结构（HCP）的固有性质（在α-Mg基体中只有几个滑移系）的限制，很难在低温或室温下制备Mg合金零部件。因此，Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金只能在高温下进行。通过平衡凝固制造的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金总是具有相当大的晶粒尺寸，导致较差的机械性能（即极限抗拉强度250 MPa，延伸率< 5%）。而其他热成型技术（挤压、拉拔、轧制等）由于加工方法的特性，通常会在α-Mg中产生典型的织构，导致显微组织的各向异性，严重影响Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金的力学性能。并且这些热成型方法难以制备出具有内部复杂结构和具有曲面和超细晶格结构的植入物，因此需要新的制造方法以满足这些应用需求。 选区激光熔化（SLM）可以在没有任何模具的情况下直接制造高密度的金属零件。采用 "逐点、逐线、逐层"的方法，利用一束或多束激光有选择地熔化金属粉末，在制造复杂结构零件方面具有高度灵活性。高能量输入和超高冷却速率，可以获得从微观尺度到宏观尺度的定制微观结构和可调整的复杂结构（图1）。然而到目前为止，受限于镁合金本身的多种限制和粉末获取的难度，关于SLM制备的Mg-Al-Zn-Mn合金的报道相对较少。为系统地研究SLM加工参数相互作用因素对SLM制备Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金的微观结构和力学性能的影响，这项研究采用中心复合设计（CCD）实验并对样品进行了分析。详细研究了凝固过程、微观结构演变和强化机制，以填补SLM制备Mg-9Al-1Zn-0.5Mn的研究空白，并为SLM制备用于生物医学的高性能Mg合金提供理论指导。  图1 SLM打印的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn样品的强化机制-贡献雷达图；(b) SLM 制造的不同类型的生物医学植入物   广东科学院新材料研究所提供的原料为气雾化Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金球形粉末（图2），粉末粒度分布（D10=24.6μm、D50=41.6μm和D90=62.7μm）。为减少在SLM过程中Mg-9Al-1Zn-0.5Mn粉末氧化甚至爆炸的可能性，研究团队开发了用于制造镁基合金的自制SLM系统（GDINM-D150），如图3所示。专门定制了一个防爆过滤系统，用于储存回收镁基合金粉末。样品打印采用多种扫描策略，旋转角度为67°。为避免SLM工艺中的氧化，采用高纯度氩气作为保护气体，成形仓氧含量始终低于30ppm，制备的实体样品如图2b所示。  图2 （a）带有粉末尺寸分布插图的合金粉末形态；（b）典型SLM制备Mg-9Al-1Zn-0.5Mn样品   图3 研究团队自行开发的SLM设备，专用于Mg合金的打印 采用响应曲面法对打印样品的相对密度和维氏硬度进行测量分析，结果表明使用优化的SLM工艺参数（即P=120 W、v=500 mm/s和h=45μm）制备了具有高相对密度（99.5±0.28%）、良好显微硬度（95.6±5.28HV0.1）、优异强度（UTS=370.2 MPa）和延展性（10.4%）的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn样品（图4）。  图4 激光功率、扫描速度和扫描间距对制备样品相对密度和维氏硬度的影响规律  SLM制备Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金样品中存在激光扫描过后的轨迹（粉色箭头）和熔池形貌（红色箭头），大量等轴晶在熔池中心形成，而在熔池边界仅形成少量柱状晶（蓝色箭头）。同时在熔池边界处形成一些不规则的微孔（紫色箭头），这主要与能量输入不足导致的融合不足，以及在SLM过程低沸点的锌蒸发有关。研究发现在样品不同横截面上存在亚结构，在XY横截面上仅检测到含有细小蜂窝状结构的致密等轴晶粒。相反，在熔池内尤其是在边界区域，是由等轴晶和柱状枝晶组成的梯度结构（图5）。 SLM工艺导致的重熔现象不仅导致XZ面上的等轴晶粒比XY面上的少，而且由于SLM固有的热处理效应导致枝晶粗化。柱状晶沿熔体流动方向倾斜生长，熔体流动冲刷了柱状晶前端的富溶质层，导致枝晶尖端周围溶质分布不均。因此朝向熔体流动方向的溶质浓度低于远离熔体流动方向，从而进一步抑制远离熔体流动的晶粒生长，因此晶粒生长方向偏向激光扫描方向。XZ横截面上的平均晶粒尺寸（3.11±0.118μm）比XY面的晶粒尺寸（1.95±0.125μm）粗59.49%。并且亚微米晶粒（<1μm:7.18%）和超细晶粒（1-2μm:66.82%）的比例低于XY面晶粒（图6）。 TEM表明SLM制备的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn样品在等轴晶中（1.58±0.367μm）存在大量均匀细小分布的纳米颗粒，大的球形纳米颗粒（~95nm）被钉扎在位错线周围，导致形成位错墙。SAED和EDS结果表明这些纳米颗粒为球形β-Al12Mg17相、长板条状β-Al12Mg17相。同时在样品中的亚晶界周围也发现了大量短棒状富锰颗粒，主要为Al8Mn5纳米颗粒。其中这些β-Al12Mg17纳米颗粒主要来源于原始粉末（图7和8）。 图5 SLM制备的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn样品微观结构特征：（a-c）XY面OM图、SEM和元素分布图；（d-f）YZ面OM图、SEM和元素分布图   图6 XY面和YZ横截面SLM制备Mg-9Al-1Zn-0.5Mn样品EBSD结果   图7 SLM制备Mg-9Al-1Zn-5Mn样品的TEM结果 图8 SLM制备Mg-9Al-1Zn-5Mn样品的STEM-EDS结果和Mg-Al-Mn三元相图 不同工艺制备的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn具体机械性能如图9和表1所示。SLM样品（95.6±5.28 HV0.1）的平均显微硬度比粉末（73.3±6.89 HV0.1）和铸造样品（74.04.01 HV0.1）高30.1%左右。不止如此，SLM制备的样品所有机械性能指标都比铸造样品好得多。SLM制备的样品抗拉极限和延伸率（370.2MPa和10.4%）分别比铸造试样（150.8MPa和2.5%）高145.5%和300%。并且SLM制备的样品具有良好弹性模量（39.8–42.4GPa）接近人类皮质骨的弹性模量（10–30GPa），显示出良好的骨植入应用前景。  图9（a）Mg-9Al-1Zn-0.5Mn样品不同状态下显微硬度和（b）拉伸曲线 表1 Mg-9Al-1Zn-0.5Mn样品在不同状态下的力学性能   通过不同工艺制备的生物医学镁合金的性能气泡图 总的来说，这项研究通过SLM技术直接制备了具有超高抗拉强度和优异延展性的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金试样，系统地研究了样品的微观组织结构演变、相变、晶体学织构和力学性能。主要结论为：使用优化的SLM工艺参数（即P=120 W、v=500 mm/s和h=45μm）制备了具有高相对密度（99.5±0.28%）、良好显微硬度（95.6±5.28 HV0.1）、优异强度（UTS=370.2 MPa）和高延伸率（10.4%）的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金；SLM制备的样品中存在α-Mg基体、球状和棒状β-Al12Mg17、Al8Mn5纳米析出相，这些SLM样品由XY面上的超细等轴晶和XZ面上的梯度微观结构组成。相比较铸造态样品，SLM制备的样品力学性能更加优异，最高抗拉强度为370MPa，延伸率10.4%。同时制备的Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金试样弹性模量接近人类皮质骨的弹性模量，这项研究填补了SLM制备Mg-9Al-1Zn-0.5Mn合金的空白，为SLM制备用于生物医学的高性能Mg合金提供理论指导与参考依据。该项研究工作得到广东科学技术研究院 （2021GDASYL-20210102005）、广东省基础与应用基础研究基金项目（2020A1515111031、2021A1515010939）、中国科协青年优秀科学家资助计划（YESS20210269）和广州市重点领域研发计划项目（20200702008）等项目的支持。 论文引用：Cheng Chang，Hanlin Liao，Lin Yi，Yilong Dai，Sophie C. Cox， Ming Yan，Min Liu，Xingchen…