金属3D打印技术及其专用粉末特征与应用

3D打印技术提供了一种先进的制造方法,实现了从3D计算机模型出发直接制造复杂形状的工件。其中,金属3D打印技术在生物医疗、航空航天、自动化、汽车零部件、军工等领域的有效应用得到了印证。介绍了金属3D打印技术的基本情况和金属3D打印专用金属粉末特征,简述了金属粉末的分类及应用,并对金属3D打印技术存在的问题和面临的挑战与机遇进行了分析。     

3D打印聚氨酯微流道封装镓基液态金属柔性导线及其性能

利用3D打印制备了聚氨酯(TPU)微流道,并采用注射器将GaInSn液态金属注入后封装,得到液态金属柔性导线.采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对液态金属的形貌及结构进行表征.利用万用表和电化学工作站分别测试了复杂流道中的液态金属及外力作用下不同尺寸柔性导线的导电性能,并通过对比商用柔性电路板(FPC),测试了柔性导线在反复弯曲及对折下的抗疲劳性.结果表明,该液态金属由67.2％Ga、20.1％In和12.7％Sn(均为质量分数)组成,将其与TPU柔性材料结合,可制备多层复杂的结构电路;在压力(0～190 N)和弯曲变形(0～360°)的外力作用下,外力对液态金属柔性导线的导通性能基本无影响,其中,微流道横截尺寸为0.5 mm×0.5 mm时,外力对其影响最小;对比商用FPC,液态金属柔性导线在循环弯曲24 h、对折压实200次的条件下仍未发生断裂,其电阻仅增加0.02Ω,展现了液态金属在复杂柔性电路制造领域的巨大应用潜力.     

粉末钛合金3D打印技术研究进展

粉末钛合金3D打印技术以低成本、易成形、柔性化制备、零件性能优异等优势,近年来成为钛合金近净成形制造领域的研究热点。总结了国内外粉末钛合金3D打印技术的研究进展,包括激光熔化沉积成形技术(LMD)、激光选区熔化成形技术(SLM)、电子束选区熔化成形技术(SEBM)。比较研究了3种成形技术制备的钛合金的组织特点及力学性能,并讨论了粉末钛合金3D打印技术的市场化现状与未来发展趋势。     

金属/陶瓷粉末3D打印技术及其应用

3D打印技术以数字化、网络化、个性化、定制化特点被认为将推动第3次革命技术,金属/陶瓷粉末构件的3D打印技术是目前先进制造技术的重要发展方向。主要介绍了3D打印成形金属/陶瓷粉末技术及其在航空航天等领域的应用现状和展望;详述了3D打印用金属粉末制备方法及不同工艺下粉末的特点及适用范围,进而综述了3D打印用金属粉末设备的工作原理。最后,对该方向的研究进展进行总结,并对其发展前景和主要发展方向进行展望。     

金属零件3D打印技术的应用研究

金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术,是目前先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展对材料的不断需求,利用快速成形技术直接制造金属功能零件将会成为该技术的主要发展方向。3D打印技术正在快速改变着人们传统的生产方式和生活方式。以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印制造技术被外界认为将推动第三次工业革命。激光工程化净成形技术(LENS),激光选区熔化技术(SLM)及电子束选区熔化技术(EBSM)3种技术是金属零件3D打印技术的典型代表。对金属零件3D打印技术,包括基本的技术原理及其技术应用领域进行了介绍,最后对金属零件3D打印技术的发展进行了展望。     

3D打印技术及其在医疗领域的应用

3D打印技术是一种快速兴起的新型数字化制造技术,因具有设计自由、大规模定制以及快速原型制造等优点,在医学、航天、汽车、食品等领域应用前景广阔.随着精准化、个性化医疗需求的增长,3D打印技术逐渐被应用到医疗领域,如植入物制造、诊断平台和药物输送系统等,并成为目前较为前沿的研究领域之一,其个性化定制的特点使得3D打印技术能够根据患者的病情制备相应的医疗产品以帮助患者康复.因此,本文概述了3D打印技术的发展,分类介绍了可用于3D打印的医用材料,以及3D打印技术在医疗领域的应用.但是3D打印的植入物是静态的,无生命的,不能随着内环境的变化进行适应性调整,4D打印可以制造出具有"活性"且结构更为复杂的、与天然组织结构非常相似的工程化组织结构,其继承了3D打印技术优点的同时,弥补了现有3D打印的一些缺陷,未来在医学领域会有更广阔的应用前景.     

3D打印技术研究现状和关键技术EI北大核心CSCD

本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。     

3D打印技术正在催生一个新时代的到来

3D打印技术,是以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成型系统,利用激光柬、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结,最终叠加成型,制造出实体产品。3D打印作为一种增材制造,与等材制造（铸锻焊）、减材制造（车铣磨）三足鼎立,是信息技术与制造技术高度融合,实现点点可控的控形控性的制造技术。     

3D打印技术的发展分析

英国《经济学人》杂志曾在2012年4月发表封面故事《第三次工业革命》,该文在论述数字技术带来的变革时,特别提到3D打印技术由于对传统工业制造规模效应的冲击将获得无比广阔的应用前景。毫无疑问,3D打印作为第三次工业革命的重要标志之一,已经在世界制造业产生了重大反响。3D打印技术发展的状况和方向如何?各国对其发展的态度如何?本文将从几个方面对3D打印技术的发展状况及发展方向进行论述。     

生物医用材料的3D打印技术与发展

近年来,由于3D打印技术的迅猛发展,有关3D打印技术的应用受到科学界广泛关注,特别是生物医学领域。3D打印材料的瓶颈制约着3D打印技术的发展,特别是用于生物医学领域的打印材料,只有非常局限的几种,但是研究可打印生物医用材料意义重大,经济效益显著。简述了3D打印技术在生物医学工程上的应用。重点综述了用于3D打印的生物医用材料,主要涉及金属、陶瓷、高聚物、复合材料以及生物墨水等,并且阐述了3D打印材料的发展前景。     

3D 打印技术在金属成形领域的应用和展望

3D打印技术是新型精密成形技术,也是第三次工业革命的核心技术,在金属成形领域发挥着重要作用。3D打印由于加工速度快、材料利用率高、成形件形状不受限制的优势,应用领域相对广泛。文中重点介绍国内外3D打印的工艺研究现状、材料研究现状以及新型高端成形设备,从3D打印所占据市场份额出发,展望其发展前景。     

我国3D打印钛合金粉末材料产业发展现状研究

1前言3D打印技术是以三维计算机辅助设计(CAD/CAM)模型为基础,直接将粉末或丝状材料加工制造成形,而无需或极少附加其他工艺的先进制造技术。金属粉末产业是3D打印产业链中最重要的部分,3D打印过程中粉末材料在高能热源作用下的冶金变化速度极快,成形过程中粉末材料与热源直接作用,粉末材料没有模具的约束以及外部持久压力的作用。     

3D打印技术在火工品和炸药中的应用研究

围绕3D打印技术在火工品装药和炸药装药两个领域的国内外研究情况进行述评,内容涉及3D打印技术在火工品和炸药中的研究进展、3D打印技术在炸药装药领域中的应用分析等方面。结果表明,3D打印技术具有便于实现复杂结构装药、无需传统模具、小批量试制成本低、载质量小、本质安全性高等特点。所以,3D打印技术在火工品装药和炸药装药领域具有一定的应用价值,也是这两个领域今后重点发展的方向之一。     

基于旅游商品制造工艺创新的3D打印技术应用研究

随着科技的不断发展,3D打印技术已经在很多领域实现了有效的推广,但是基于旅游商品制造工艺创新的3D打印技术,还处在探索的阶段,在旅游商品生产工艺中,合理的加入3D打印技术不仅可以有效的弥补传统旅游商品生产工艺的不足之处,更可以加大科技手段的联合力度,创新旅游商品的制造工艺,相信对于我国旅游商品行业的发展也会起到非常巨大的促进作用。     

3D打印技术在后勤装备中的应用研究

为在后勤装备保障中引入3D打印技术,本文阐述了3D打印技术的基本原理和核心理念,剖析了3D打印技术的主流分层加工工艺,通过与传统加工模式的对比,揭示了3D打印技术的突出优点,同时对3D打印技术的发展趋势进行了总结。通过以上分析并结合后勤装备的研制、生产和维修保障的特点,深入论证了3D打印技术在上述领域的应用潜力和价值。     

金属激光3D打印过程数值模拟应用及研究现状

数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测,为工艺优化提供科学的依据,显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期,有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。本文综述了金属激光增材制造过程中温度场、熔池动力学、成形件内部残余应力和变形、显微组织变化4个方面数值模拟的最新研究进展,概述了金属SLM过程数值模拟所取得的最新进展,分析了金属SLM数值模拟领域的研究热点和所存在的计算时间长、成本高等问题,最后提出金属SLM过程数值模拟应将3D打印过程中快速凝固、微熔池等特征与大数据、人工智能、深度学习等技术相结合,进一步提高数值模拟精度,拓宽金属激光增材制造加工窗口,为个性化产品开发提供指导。     

3D打印技术需要材料研究深度参与

2013年,"3D打印"风潮依旧震荡全球。根据《Wohlers Report2012》中的数据,2012年全球3D打印市场总产值达到了22.04亿美元,产业的复合年均增长率达到了28.6%。2012年,3D打印设备的销售量同比上升了25%。Wohlers公司预计,未来的3D打印产业将继续保持两位数的增长速度,5年内,也就是2017年,3D打印产业将达到600亿美元的市场规模。研究机构的乐观估计,以及全球市场对3D打印技术的疯狂追逐,     

高孔隙率金属多孔材料的制备技术与应用

高孔隙率金属多孔材料是一种兼具结构和功能材料优点的新型优质金属材料,拥有高孔隙度、高的比表面积、高连通孔隙度、良好的导电导热性等多种优异性能,在生产实践和科技生活中有着广泛的应用。综述了常见的高孔隙率多孔材料的制备方法,并总结了对应方法在制备高孔隙率多孔材料方面的最新研究成果;分析和讨论了部分制备技术的优缺点以及成功制备出高孔隙率多孔材料的关键点和难点;归纳了在制备高孔隙率金属多孔材料时不同制备技术的适用范围和优势;介绍了高孔隙率金属多孔材料在过滤分离、生物医学、电池和催化、吸声降噪、高效热交换等应用领域的研究现状,最后指出制备高孔隙率金属多孔材料现存的问题并对其未来发展趋势进行了展望。     

3D打印制备多孔结构的研究与应用现状

多孔结构材料具有优异的物理、力学性能,应用领域广泛。目前,已开发出的多孔结构的制备方法种类繁多,然而仅少数可实现批量生产,大多数方法工艺较为复杂,并且在制备过程中难以对多孔结构进行有效控制,以致所得多孔结构仍存在某些性能方面的不足。3D打印技术的发展与应用为多孔结构的制备带来了新的途径,所制备的多孔结构可同时具备宏观孔隙和微观孔隙,其骨架及宏观孔隙可以根据需要进行设计。可用于制备多孔结构的3D打印方法主要有利用激光能量的选择性激光烧结法(SLS)、选择性激光熔化法(SLM)和激光近净成形法(LENS)等方法,利用电子束能量的电子束熔化(EBM)法,喷射粘结剂的三维印刷(3DP)法,材料挤出类中的熔融沉积成形(FDM)法和三维浆丝沉积(3DF)法,以及间接3D打印法。近年来,国内外学者对采用这些方法制备多孔结构开展了一定的研究,以期找到适合具体情况的3D打印方法及相应合理的工艺规范,从而提高制件的性能。采用SLS、SLM和LENS法,通过控制激光扫描轨迹和粉末烧结程度可以获得材料的宏观和微观孔隙。SLS法可制备的多孔结构材料种类较广,SLM和LENS法主要用于制备金属多孔结构。EBM法与SLM法类似,但EBM法需要在真空环境下成形,可用于制备Ti等活泼金属材料。适用于3DP法的粉末材料种类更广,可选用不同的粘结剂和相应的后处理方法,其工艺灵活性大。FDM法一般用于低熔点热塑性材料,通过熔融挤出而堆积成宏观多孔结构。3DF法以粉末浆料的形式挤出成形,适用的材料种类比FDM法广,得到的结构具有宏观和微观孔隙。FDM和3DF法的打印精度和孔隙尺寸受喷嘴打印能力的限制。间接法先利用某种便捷的3D打印方法制备出多孔结构原模,再将该原模经粉末冶金、浇注等方法制得所需的多孔结构材料,这样可以避免3D打印直接制备某些材料的多孔结构在结构特征方面受到的限制。上述这些方法中,由于激光和电子束的能量集中,故SLM和EBM法制备的多孔结构相对于其他方法更精细。3D打印制备多孔结构时孔隙的形成机理可以总结为:制件内打印轨迹未到达的区域形成的宏观设计孔隙、制件骨架内的粘结剂被加热分解或被溶解而去除后形成的孔隙、气体溶解在烧结过程中的熔融金属内形成的孔隙、激光扫描熔迹之间形成的孔隙、粉末颗粒间堆积空隙形成的孔隙。本文对3D打印制备多孔结构的研究与应用现状进行了综述,概述了制备多孔结构的几种主要的3D打印方法,总结了其孔隙的形成机理,介绍了3D打印多孔结构的应用现状,指出了未来需要开展的研究。     

3D打印琼脂糖和海藻酸钠复合水凝胶组织与性能研究

组织工程支架要求材料具有良好的生物相容性、相匹配的力学性能,以及利于细胞生长繁殖的形貌和结构.尽管人们已经开发出了大量生物材料用于制备组织工程支架,然而,组织工程支架的成形困难和力学性能差等问题仍然严重限制着其发展.以海藻酸钠为原材料,通过添加琼脂糖增强其力学性能,研究不同比例海藻酸钠/琼脂糖复合凝胶的结构和形貌变化,测试其力学性能.利用直写打印成形复合水凝胶支架,观察复合凝胶中微观孔隙的大小.结果表明:不同比例的海藻酸钠/琼脂糖复合凝胶含水量差异较小,均在90％附近.除了纯琼脂糖凝胶和体积比为1:2的复合凝胶外,其他比例的复合凝胶表面和断面均比较粗糙.琼脂糖能在一定程度上增强复合凝胶,海藻酸钠与琼脂糖的体积比2:1的复合凝胶压缩模量最高,可达0.353 MPa.碳酸钙的分解在复合凝胶中产生了亚微米级的孔隙,因此制备出的复合凝胶具有适合细胞生长繁殖的粗糙表面和微观孔隙.