盤點2016年國內填補市場空白的3D打印創新技術
即將告別2016，進入2017，2017年本站會堅持通過貼近行業應用的方式追蹤技術發展趨勢與商業模式創新趨勢。2017年一定是3D打印發展關鍵年，而立足2016年，我們又有什么樣的資本來迎接2017年的市場機遇呢？在此，特選出3D打印領域填補市場空白的創新技術，希望在2017年，有更多的科研力量投入到3D打印領域的創新中，有更多的社會力量來關注這些堅毅前行的研究工作者，為創新加油！
—以下排名不分名次順序—
鉑力特
創新一：光柵-鎢
鎢材料的硬度高，脆性大，導電性差，機加工困難，采用傳統的減材制造工藝難以成形形狀復雜的零件。且鎢材料的熔點在金屬中最高，熔點高達3400℃，是典型的難熔金屬，成形更加困難。
圖片：光柵，材料：鎢，尺寸：87mm×20mm×20mm，重量：296g，
成形時間：3h，來源：鉑力特
鉑力特經過多次研究試驗，研制出專門針對難熔金屬和高導熱高反射金屬的專用3D打印裝備BLT-S300T，有效地解決了以上問題，打印出了鎢合金零件，并且工藝參數穩定，成形良好。該零件整體采用薄壁結構，最小壁厚僅0.1mm。
創新二：復雜流道的尾噴管-銅
選區激光熔化（SLM）技術是以激光作為熱源，銅材料屬于高導熱、高反射金屬，在激光熔化過程吸收率低，因此成形效率低、冶金質量難控制。鉑力特通過大量的試驗，研制出專門針對難熔金屬和高導熱、高反射金屬的專用3D打印設備BLT-S300T，有效地解決了以上問題，成功制備出銅材料零件——銅合金尾噴管。
圖片：尾噴管，原材料：銅，尺寸：φ210mm×295mm，重量：2.6kg，
來源：鉑力特
該零件的內外壁之間設計了50條隨形冷卻流道，增大冷卻接觸表面積，降低溫度達到快速冷卻的效果，有效提高了零件的工作溫度。該零件是國內首件大尺寸選區激光熔化銅合金尾噴管，突破了銅材料的激光成形技術，實現了復雜流道的銅材料制造工藝。
西安交通大學
創新三：結構電子產品三維空間的任意排布
在結構電子產品制造領域，美國Optomec公司通過氣溶膠噴射3D打印技術已被應用在小批量產品的生產中，使用該技術3D打印的曲面共形天線或在眼鏡上直接印制AR電子設備就是其中頗具代表性的應用。
西安交通大學使用的導線打印材料可以有三種不同形態，包括銅錫合金、銀錫合金、錫鉛合金這樣的低熔點金屬絲，納米銀離子凝膠溶液、導電高分子水凝膠的導電墨水，以及鋁粉、銅粉等金屬粉末。基體的3D打印材料則為ABS、PLA、PEEK絕緣性高分子絲材。
在打印時首先通過基體3D打印材料和打印頭完成基體部分的3D打印，然后切換為導線材料的打印頭，從而進行導線部分的3D打印。無論是使用以上所說的三種導線材料中的哪一種材料，導線材料都將通過打印頭沉積3D打印的基體結構中。
在完成一層基體結構和導線的打印之后，工作臺將下降一個分層厚度，重復打印基材和打印導線的打印過程，直到打印完全部基體結構和導線得到結構電子。
創新四：采用多束激光輔助控溫3D打印定向晶零件
逐漸成熟的3D打印技術為這些關鍵的零部件的制造提供了一種新的技術方案，在制造工藝和制造精度上都有了極大的改善和進步。但是，這種技術也存在著一些缺陷，例如在金屬打印時，由于存在較大的溫度梯度，金屬難以持續穩定地生長，難以獲得品相良好的柱晶或單晶組織，因而得到的零部件的性能和特性受到極大的影響。
西安交通大學克服現有技術中存在的問題，提供一種采用多束激光輔助控溫3D打印定向晶零件的裝置及方法，通過增加輔助控溫光源，利于零件的金屬晶體定向生長，能夠得到連續的柱晶或單晶組織。
通過設置激光器和掃描器，形成主激光光束和若干束輔助激光光束，能夠形成多束混合同步掃描的激光，通過輔助激光光束調整成形過程中熔池的溫度梯度方向，改變熔池等溫面曲率半徑偏轉方向，使其與組織生長方向夾角小于設定值，就可以很好地形成定向凝固柱晶組織；同時主激光光束和輔助激光光束配合可改變溫度梯度大小，降低打印層溫度梯度，確保金屬晶體可以連續穩定的生長，控制定向凝固柱晶間距尺寸，得到性能優良的定向凝固柱晶或單晶組織。
南京航空航天大學
創新五：鋁基納米復合材料
南京航空航天大學提供一種基于SLM成形的鋁基納米復合材料，用于激光增材技術領域，有效的解決鋁基納米復合材料在激光增材過程中工藝性能與力學性能不匹配、增強顆粒分布不均勻以及陶瓷相與基材相之間潤濕性較差的問題，使得所獲得的產品具備良好的界面結合以及優異的力學性能。
南京航空航天大學對于鋁基納米復合材料的加工是在高純氬氣保護氣氛環境中進行的。加工過程中，加工參數和粉體性能是影響激光最終成形件的兩個最主要因素。從粉體成分角度考慮，稀土元素和陶瓷顆粒的添加必然會增強鋁合金粉體對激光的吸收率，從而可保證在的激光功率下熔池具有充足的液相量。一方面，添加的陶瓷相其粒徑大小、密度以及質量分數均會影響到激光吸收率。另一方面，激光成形工藝參數同樣會顯著影響到鋁基納米復合材料成形過程中熔池的熱動力學特性以及隨后的顯微組織和性能。
南京航空航天大學通過優化SLM成形中有效體能量密度來控制獲得良好的成形質量，有效體能量密度的作用體現在對激光加工中熔池的穩定性、溫度場、流場以及伴隨的激光顯微組織結構的影響，綜合的反映了粉體物性和加工參數這兩者對SLM加工過程的影響。南京航空航天大學的制造工藝所形成的熔池具有很好的穩定性，成形件表面具有光滑并呈現出波紋狀的熔道軌跡，同時幾乎看不到球化效應并獲得近全致密的結構。顯微組織分析表明增強顆粒得到均勻的彌散分布，基體晶粒細小并呈胞狀結構生長。
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