全球3D打印学术成果更新，镍钛合金低功率打印工艺/IN738激光送粉工艺/中空陶瓷光固化+DIW直写打印

LPBF多步打印新工艺实现钛基板上NiTi合金3D打印重大突破

https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.04.005

镍钛（NiTi）合金因其独特的超弹性和形状记忆特性，在生物医疗、汽车和热工领域备受青睐。然而，由于其对微观结构和成分的高度敏感性，通过3D打印制造高性能NiTi器件仍面临诸多挑战。在打印过程中，镍元素的蒸发和一些有害相的形成常常导致性能与预期偏离。

本研究开发了一种创新的多步打印方法，通过精心优化打印参数，在钛基板上成功打印出无明显缺陷的NiTi合金。首先，研究人员使用了非常低的激光能量密度（每立方毫米仅35焦耳），这一策略巧妙地避免了镍的蒸发。

其次，这种低能量密度扫描还带来了另一个好处：由于形成的熔池较浅，凝固速度加快，抑制了打印过程中有害相的形成。

专业的材料表征分析，如差示扫描量热法（DSC）和电子背散射衍射（EBSD），证实打印样品在室温下呈现出理想的奥氏体相，并且沿打印方向形成了规整排列的奥氏体晶粒。在反复压缩测试中，样品展现出优异的超弹性，即使在8%的大变形下，经10次循环后仍能恢复92%的形变。

此外，研究还发现，打印环境中的氧含量也会影响NiTi合金的相变温度和可打印性，这为工艺优化提供了新的思路。

这一突破性进展表明，在非NiTi基板上3D打印NiTi合金是可行的，有望大幅降低NiTi器件的制造成本，同时显著提升其超弹性能。

AM易道点评：研究人员通过一系列精心设计的工艺环节，如超低能量密度扫描、快凝工艺等，巧妙地避免了材料成分的偏离，并精细调控了微观结构，最终使打印件的性能大幅提升。这无疑为NiTi合金的3D打印应用带来了新的曙光，特别是在生物医疗领域，有望带来更多突破性的创新产品。业界对此应给予高度关注。

LDED针对IN738合金的工艺研究

激光定向能量沉积（LDED）技术在大尺寸高温合金构件的近净成形制造和修复方面优势独特，但对于难焊的IN738合金来说，如何消除裂纹、提高成形质量是一大挑战。

https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.111081

近期一项研究通过优化LDED工艺参数，成功制备出无裂纹的IN738合金构件，并揭示了激光功率、扫描速度和送粉速率对微观组织演变和拉伸性能的影响规律。

研究采用粒径53-150μm的IN738合金粉末作为原料，通过调整激光功率（400-1000W）、扫描速度（600-1000mm/min）和送粉速率（2-6g/min）等参数，系统研究了它们对熔池热历史、单道形貌以及多层沉积后的微观组织和拉伸性能的影响。

结果表明，提高激光功率可以提高熔池的峰值温度和寿命，但会降低冷却速率；增大扫描速度可以显著提高冷却速率，但对峰值温度影响不大；送粉速率对热历史影响有限，但过高的送粉速率会导致粉末粘附，降低表面质量。

微观组织方面，LDED制备的IN738合金主要由密集细小的枝晶组成。800W和1000W的高激光功率在熔池内创造了更高的温度梯度，促进了枝晶的外延生长，但这些长枝晶在横向拉伸时容易被撕裂，不利于延展性。相比之下，600W激光功率下相邻层之间的枝晶生长方向差异较大，表现出最佳的延展性。

AM易道点评：这项研究为LDED制备高质量IN738合金构件提供了重要参考，证明优化工艺参数可以有效改善其成形质量和力学性能，助力其在航空发动机等领域的应用。

单通道直写3D打印技术实现陶瓷中空纤维「一步到位」制备

陶瓷中空纤维以其卓越的热稳定性和化学腐蚀阻力，在气液分离、微反应器、催化剂载体等领域备受青睐。

然而，陶瓷固有的脆性给中空纤维的制备带来极大挑战，严重制约了其实际应用。本研究提出了一种创新的紫外辅助单通道直写成型（DIW）方法，实现了三维陶瓷中空纤维结构的高效制备。

https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2024.04.069

研究人员通过同轴嵌入法设计了一种具有壳/芯结构的同心单通道喷嘴，并采用数字光处理技术制造了这种特制喷嘴。在紫外辅助DIW（Direct Inkling Writing）过程中，光敏陶瓷浆料在紫外光照射下可快速原位固化，确保了打印构件的高精度。本研究制备的中空纤维结构的内芯可呈圆形、五角星形、三角形和四边形，可根据设计的喷嘴结构进行调控。

该方法简化了DIW制备小直径中空纤维结构支架的流程，拓宽了其应用范围。研究中使用的浆料具有合适的流变学和力学性能，在紫外光照射下能迅速交联固化，配合创新的同轴喷嘴设计，成功实现了高精度中空纤维陶瓷结构的制备。

这种单喷嘴设计简化了墨水设计过程，消除了芯-壳材料收缩、后处理需求或热膨胀系数失配等难题。通过设计不同的喷嘴结构，可实现管状、格子状和复杂三维结构的灵活制备。

AM易道点评：

这项研究巧妙地利用同心单通道喷嘴和光固化浆料，开创性地实现了陶瓷中空纤维的「一步到位」3D打印制备。相比传统的多步骤复杂工艺，该方法极大简化了流程，提高了效率。这无疑为陶瓷中空构件的制造开辟了新途径，有望突破陶瓷脆性的固有禁锢，释放其在诸多领域的应用潜力。

未来进一步优化该技术，有望带动陶瓷中空纤维在气体分离、催化、燃料电池等领域的广泛应用，值得业界高度关注。