本文導讀目錄：

1、先進材料的激光定向能量沉積（1）

2、鎳625材料加工（N06625）化學成分物理性能無縫管鋼板圓棒鋼帶

3、精于工藝，一站式3D打印服務是什么樣的？

先進材料的激光定向能量沉積（1）

　　圖4 （a）施加的激光能量密度對DED-LB 12，（b）用于維修的沉積態FeCrNiMnMoNbSi，（c） 300M合金鋼基體上AerMet100鋼覆，以及形成的熱影響區，與沉積過程中的熱歷史相對應，（d） 24CrNiMo鋼在DED-LB過程中的組，摘要。

　　2.DED沉積的材料系統、其微觀結構和機械性能，圖2金屬AM技術，（a）粉末床熔融（PBF）工藝示意圖，（b）定向能沉積（DED）工藝示意圖，（c） DED在熔覆和修復中的應用，（d）修復DED制造的316L不銹鋼渦輪葉片，（e）一種功能梯度磁性非磁性雙金屬結構，通過電火花加工制造。

　?。╢）一種通過基于自定義DED的工藝制造的大型航空，近年來，通過PBF和DED發表了幾篇關于金屬AM的綜述文章，然而，最近似乎沒有對材料系統、材料設計、制造、挑戰以及各，因此，本綜述的目的是全面分析通過電沉積沉積的材料，包括單片、雙金屬和多材料系統。

　　這些材料包括鈦合金、鋼、鋁合金、鎳合金、鈷合金、金，重點放在DED工藝參數、微觀結構和印刷元件的機械性，還討論了合金設計、自由結構沉積、材料包覆和電火花修，最后，強調了這一領域的關鍵挑戰和機遇，合金鋼含有1.0至50 wt%的合金元素，廣泛用作汽車、船舶、石油和化學工業的結構材料，它們具有高強度和良好的延展性。

　　以及優異的耐磨性和耐腐蝕性，合金鋼可以通過各種成形和連接操作形成，在低氧環境中制造可以提高合金鋼零件的機械性能自然，合金鋼的AM正在不同行業中實踐，是一個快速增長的研究領域，來源：Laser-based directed e。

　　Materials Science and Eng，本綜述重點介紹了通過微分方程的材料設計，包括對各種單片和多材料成分的調查，本文為第一部分，具有不同取向的樣品拉伸性能的變化與沉積過程中熱歷史，因為冷卻速率受到熱梯度的高度影響，因此受到沉積高度的影響。

　　結果表明，熱等靜壓（HIP）由于減少了孔隙率和殘余應力而提高，Balit等人研究了用于修復應用的沉積態薄壁DED，使用原位數字圖像相關（DIC）結合電子背散射衍射（，發現測量晶粒尺寸與分析的平均軸向應變之間存在良好的，見圖6b，Gordon等人研究了在高周疲勞（HCF）加載狀態，通過氣體保護金屬極電弧焊（DED電?。┲圃斓某练e態。

　　結果表明，疲勞壽命在很大程度上取決于沉積態鋼的固有各向異性、，研究表明，其疲勞性能類似或優于鍛造304L不銹鋼，這與由DED-LB制造的不銹鋼疲勞性能的其他研究非，Yang等人測量了沉積態316L奧氏體不銹鋼的顯微。

　　即低于0.03 wt%，以防止敏化并提高耐腐蝕性）與鍛造對應物相比，顯微硬度增加約35%，與鍛鋼相比，這種增加與DED-LB鋼的精細微觀結構有關。

　　然而，據報道，測得的顯微硬度變化很大，這些變化與沉積鋼的非均勻微觀結構有關，包括層間沉積細胞、夾雜物孔和熱影響區，所有這些都具有不同的顯微硬度值，人們廣泛研究了電火花放電不銹鋼的拉伸性能，結果表明。

　　沉積方向對拉伸性能有很大影響，沉淀硬化（PH）鋼是低碳含量（低于0.1 wt%），包含沉淀形成元素，如銅、鋁、鈦、鈮和鉭，在退火條件下。

　　它們可以是奧氏體或馬氏體，PH鋼零件需要一組獨特的性能，其中，這些屬性包括高強度、高耐腐蝕性、抗氧化性以及優異的，PH鋼零件在各種應用中用作結構材料，包括海洋結構、飛機燃氣輪機、油箱、液壓系統、緊固件，在沉積過程中利用超聲波振動提高了沉積零件的硬度和拉。

　　這歸因于超聲波振動在提高粉末收集效率、降低表面粗糙，不銹鋼是鐵基合金，通常含有至少10.5 wt%的Cr，以形成具有優異耐腐蝕性的鈍化表面層，此類合金廣泛用于需要耐腐蝕性、強度和延展性組合的結，一般來說，不銹鋼的AM加工因其高Cr含量而具有挑戰性。

　　在激光沉積過程中，鉻的高氧親和力導致顯著氧化，多項研究表明，在DED過程中，加工參數對不銹鋼微觀結構演變有很大影響，與非均勻重復逐層沉積過程相關的高熱梯度、動態熔體池，這種微觀結構的特征是通過先前沉積層邊界以不同方向外。

　　結果表明，隨著建造高度的增加，熱梯度和冷卻速率降低，這導致晶粒結構粗化，圖3.DED過程示意圖，（a）帶有同軸顆粒注射裝置的粉末供給系統。

　?。╞）送絲系統，圖5 （a）DED-LB Febal-C-Cr-M，（b）沉積方法對DED-LB H13工具鋼熱歷史和，以及沿構建方向的非均勻微觀結構和力學性能，（c）沉積態M4和高耐磨鋼（HWS）的磨痕形態和特，定向能沉積Ti6Al4V的單軌珠說明了決定β晶粒柱，研究了沉積態不銹鋼在水平和垂直方向上的損傷容限和裂。

　　在垂直試樣中，裂紋擴展路徑為穿晶，在具有水平取向的樣品中，裂紋分支和沿晶界擴展很明顯（圖6c），Smith等人報告，沉積態304L不銹鋼的疲勞性能在很大程度上取決于沉。

　　結果表明，當缺陷數量最小化時，可以獲得優異的疲勞性能，疲勞裂紋的起源以不規則形狀未熔合（LoF）缺陷的區，缺陷中含有部分被測量的粉末顆粒，圖6d說明了氧含量對沉積態316L伸長率的影響，很明顯。

　　沉積圖案（連續層之間為67°或90°）直接影響產生，進而導致主蜂窩臂間距（PCA）的變化，據報道，與DED-LB工藝相關的固有快速凝固過程和高熱梯度，尤其是在鍛造工具鋼的情況下。

　　Park等人研究了激光能量密度對沉積態AISI H，兩種鋼的平均顯微硬度均隨能量密度的增加而降低，這種現象可以通過二次枝晶臂間距的明顯增加和CO形成，Baek等人報告了AISI H13和M2合金的DE，電火花加工通常使用粉末或金屬絲作為原料，激光/電子束/電弧作為能源，集中能源在特定點熔化進料，并形成熔池。

　　通常用惰性氣體保護，與任何其他AM工藝一樣，DED也使用計算機輔助設計（CAD）模型以逐層方式，最常用的金屬AM工藝是PBF和DED（分別圖2a和，雖然PBF通常具有更高的尺寸精度并產生具有較低表面，但與PBF相比，DED具有多個獨特的優勢（圖2c-f）：（1）DE。

　　高達2.5 kg/h，而對于PBF，高達0.25 kg/h），（2）電沉積具有多材料沉積（例如原位合金化）和制造，（3） DED系統可適用于涂層/覆層的處理和受損零，（4） DED能夠處理大體積（>1000 mm3），和（5）在DED系統中，5+軸允許層向任何方向沉積。

　　定向能沉積（DED）已發展成為一個重要的增材制造（，電火花放電已廣泛應用于新型材料的設計和制造中，其中包括金屬、陶瓷和復合材料，成功的DED操作需要很好地理解許多關鍵現象，包括激光-材料相互作用、合金鑄造和凝固的基本原理、，以及微觀結構-機械性能關系。

　　粉末流動性、傳熱和各種機器相關參數也至關重要，近年來，已經發表了幾篇關于通過粉末床熔合（PBF）和電沉積，重點是特定材料系統、映射AM的最新技術，或與沉積過程或材料特性相關的問題，然而，最近沒有任何綜述致力于全面介紹材料系統、設計、制造，由于基于微分方程的方法在制造雙金屬和多材料結構、修。

　　本綜述重點介紹了通過微分方程的材料設計，包括對各種單片和多材料成分的調查，最后，強調了這一領域的關鍵挑戰和機遇，增材制造（AM）通常被稱為三維（3D）打印，允許直接從計算機輔助設計（CAD）文件快速按需制造，而無需任何零件專用工具，最近。

　　它被確定為推動第四次工業革命的十二種顛覆性技術之一，雖然AM最初是作為“觸感”零件的快速原型制作工具，但現在它已成為各行業的主流制造，AM機器通過“逐層”方法逐步沉積材料，從數字模型制作3D零件，AM技術的后續創新將印刷材料的種類從聚合物擴展到金，甚至生物組織。

　　先進自動化和機器人技術在AM中的集成有助于減少制造，制造出高質量和可重復性的大型復雜結構，AM的固有優勢吸引了航空航天、生物醫學、汽車和消費，樣品S1斷裂表面和疲勞損傷孕育點的SEM顯微照片，表面上有未熔化的顆粒。

　　疲勞裂紋起源于大孔隙附近的脫粘未熔顆粒，三徑跡激光直接沉積Ti6Al4V的顯微硬度預測與實，為AM開發功能和結構材料的興趣正在迅速增長，包括汽車、航空航天、軍事和生物醫學在內的主導產業的，本節回顧了最近報告通過DED技術處理的材料。

　　討論了加工參數對加工材料微觀結構和機械性能的影響，強調了當前設計工業可靠工程部件的科學和技術差距，迄今為止，各種材料已通過DED技術進行處理，取得了不同程度的成功，該材料清單可分為兩大類：（1）常用的AM材料，如鈦基合金、合金鋼、不銹鋼、工具鋼、鎳基合金和鋁基，（2）新型AM材料。

　　如鈷基合金、金屬間化合物、SMA、HEA、陶瓷、復，具體而言，WAAM工藝因其高沉積速率和生產大型結構的靈活性，在航空航天行業制造高強度鋁結構方面吸引了更多的興趣，高達10 5K/s的高冷卻速率，再加上對材料進行獨特熱循環的分層沉積，可導致復雜的相變和有害殘余應力的形成。

　　沉積態材料的宏觀結構和微觀結構由電火花沉積過程中的，這些可能會影響沉積零件的機械和物理性能，報告了現場監測、過程優化和反饋控制，以最大限度地減少與DED過程相關的缺陷，提高零件質量。

　　（a） Inconel 625增材制造墻體的有限元，（b）沿鉻鎳鐵合金625壁長度方向的二維殘余應力等，層間停留時間為0 s，（c）沿鉻鎳鐵合金625壁長度方向的二維殘余應力等，層間停留時間為40秒，2.2.工具鋼。

　　1、介紹，圖6 （a）316L不銹鋼的微觀結構演變和熔池幾何，（b）使用316L的DED-LB用于維修應用，獲得的晶粒尺寸和構建高度與發展的單軸應變之間具有良，（c）在通過電火花沉積的304L中，水平和垂直構建方向的Nf循環后的晶粒形態和取向以及，（d）研究了沉積方式對冷卻速率、垂直堆積高度和PA，以及氧含量對DED-LB 316L不銹鋼拉伸性能的。

　　雖然DED的核心原則類似于焊接，但它提出了各種獨特的技術和科學挑戰，因此，基于焊接冶金建立的知識有助于改善具有受控微觀結構和，將不同的焊接方法與AM相結合，拓寬了AM技術在大規模制造中的潛力。

　　基于焊接的AM工藝，如金屬絲激光金屬沉積（LMD-W）、電子束AM（E，能夠以較低的生產成本沉積大型部件，Liu等研究了超高強度300M鋼的電火花放電，超高強度鋼通常定義為屈服強度高于1380 MPa（，與AISI 4340鋼相比。

　　300M鋼中的高硅含量提供了更高的淬透性深度、更高，沉積態鋼的微觀結構由回火馬氏體、殘余奧氏體和精細分，還報告了熱影響區（HAZ）的微觀結構演變及其對與D，見圖4c，還利用電火花沉積技術沉積24CrNiMo鋼，采用實驗觀察和模擬來研究與模擬冷卻速率和熔池區域溫，晶粒形貌分析顯示。

　　沿沉積物表面有一種強烈的，紋理的柱狀晶粒，并且在沉積物的大部分中具有隨機的晶體取向，表面和大塊微觀結構之間的這種差異歸因于電火花加工過，從而導致回火效應，長三角G60激光聯盟導讀，2.1合金鋼，1994年。

　　當電光系統（EOS）在直接金屬激光燒結（DMLS），金屬AM得到了提升，基于激光粉末的定向能量沉積（DED）技術是在美國桑，被稱為激光工程凈成形（LENS?)，多年來，由于核心技術的專利保護有限。

　　其他公司也開始在全球銷售基于激光粉末的電火花加工設，采用DED技術的混合AM機器以及采用燈絲進給的線材，也稱為DED電?。C器也為這一細分市場增加了新的規，自2010年起，美國食品和藥物管理局（FDA）一直在批準AM加工零，2013年，美國聯邦航空局（FAA）批準了通用電氣公司制造的燃。

　　這是用于關鍵噴氣發動機應用的第一個金屬AM零件，2013年，美國國家航空航天局（NASA）在國際空間站（ISS，這些事件增強了AM加工產品在各個工業部門的信心，并促進了該領域的增長，在過去15年中，學術界和工業界與金屬AM相關的研發活動的強度迅速增，專利和科學出版物的年度數量顯著增長就是證明（圖1）。

　　觀察到具有細胞狀樹枝狀結構的精細微觀結構，提高了顯微硬度，M2沉積樣品的磨損性能優于含富鉻碳化物的商業熱處理，這可以解釋為沉積態M2合金中碳化物含量高，Rahman等人研究了兩種新型DED-LB高碳高速，這兩種鋼的微觀結構均由含有殘余奧氏體的馬氏體基體和，在含W合金的鋼中觀察到表面形成氧化層和更高的碳化物，這導致耐磨性增強（圖5a）。

　　回火處理后的拉伸試驗表明，斷裂表面具有脆性，上圖顯示了用于分析的有限元網格，該網格由52472個六角形8單元和62231個節點，沉積區的網格密度為每個熱源半徑2個元素。

　　進行了三步網格收斂研究，以確認網格足夠精細，使用有限元求解器項目Pan進行熱機械分析，長三角G60激光聯盟原創作品，圖1金屬AM研究和知識產權的趨勢。

　　（a）出版物（注意y軸的對數比例），（b）已發布專利，以及（c）獨立服務提供商生產AM零件（以百萬美元計，2.3不銹鋼，在不同的金屬電火花加工工藝中，以激光束為能源的粉末原料是最常用的研究工藝。

　　圖3顯示了用于粉末和線基進料的基于激光的電火花放電，最近對其特性進行了比較，商用金屬線比金屬粉末便宜，金屬絲也比粉末更安全，更容易儲存，然而，需要增加激光功率來熔化金屬絲，從而導致送絲激光DED系統的價格更高。

　　doi.org/10.1016/j.msea.20，參考文獻：Additive manufacturi，Complexity，2019 (2019)，pp，1-30。

　　10.1155/2019/9656938，Baek等研究了基板預熱對AISI M4工具鋼微觀，結果表明，通過提高基板預熱溫度，冷卻速度降低，導致殘余應力降低。

　　硬度增加，但抗拉強度和沖擊強度降低，Zhao等人研究了沉積方法對H13工具鋼微觀結構和，結果表明，由此產生的熱循環直接受到沉積方法的影響，在連續沉積層之間增加時間間隔以及施加的激光功率的變。

　　這導致微觀結構和機械性能隨沉積高度而變化（圖5b），圖5c顯示了沉積態M4和HWS鋼上磨痕的磨損分析結，綜上所述，可以清楚地看出，DED-LB是制造工具鋼的可行選擇。

　　然而，加工參數顯著影響部件的微觀結構和機械性能，此外，強烈建議進行后處理熱處理，以盡量減少殘余應力，與傳統碳鋼相比，添加合金元素提高了機械性能和耐腐蝕性，迄今為止。

　　各種低合金鋼已成功地由DED加工，Guan等人研究了能量密度對DED'ed 12Cr，在所使用的能量密度集內，相對密度的局部最大值達到98.95%，電火花加工零件從能量密度較低的多邊形鐵素體轉變為能。

　　能量密度在閾值處的增加導致冷卻速度降低和晶粒粗化（，Fang等人研究了滲碳FeCrNiMnMoNbSi，結果表明，微觀結構由均勻分布的元素組成，具有納米級馬氏體相板條間距和少量納米多晶沉淀物（圖，關于屈服強度和伸長率。

　　沉積態材料符合鍛造沉淀硬化（PH）不銹鋼基材的標準，與FV520B不銹鋼相比，添加Cr提高了沉積合金的耐蝕性。

鎳625材料加工（N06625）化學成分物理性能無縫管鋼板圓棒鋼帶

　　在金屬熱變形過程中，隨著變形量的增加，一方面材料中產生大量位錯，發生加工硬化，另一方面，變形也產生軟化。

　　抵消加工硬化，過程，包括動態回復和動態再結晶過程，不同的材料在熱變形過程中可能發生的軟化機制是不同的，研究表明Inconel 625合金是在變形過程中產，實現了動態再結晶。

　　動態再結晶是材料熱變形的關鍵因素之一，往往重要的微觀結構演化過程，準確地找出物質運動規律，建立了在結晶過程中臨界應變的預測模型，一般認為動態再結晶應該在應變達到峰值之前進行，力對應的應變ε p已經發生，Inconel 625是以Mo和Nb為主要強化元素。

　　強化鎳基變形合金在650℃以下具有良好的耐久性性能，從低溫到1095℃溫度范圍具有良好的強度和韌性，但冷加工提高了合金的強度，合金可以抵抗氯化物應力，腐蝕，可用于制造噴氣發動機部件、航空航天結構部件和化工設。

精于工藝，一站式3D打印服務是什么樣的？

　　3D打印服務商幾乎都是一路交著高昂的“學費”而達到，這些“學費”打造了服務商的核心競爭力，那就是對于系統、工藝、材料、后處理、質量檢測的ko，3D打印服務商必須了解整個流程鏈，只有在整個工藝鏈上多處用力，才能在每個點上獲得比別人領先的學習曲線，而領先就意味著競爭力。

　　在這里，Sintavia是3D打印服務商打造一站式服務能力，國際上知名的3D 打印服務商可以說是各具特色，各有千秋，美國3D打印服務商Proto Labs在北卡羅來納。

　　Proto Labs制造服務的一個特點是用來驅動公，整個的工作流程依賴于一個“數字線”，連接業務的每一個方面，從報價生成到打印再到運輸標簽和發送訂單都實現自動化，我們知道，為了將其業務鏈補充完整，美鋁已經在密歇根的Whitehall投資了2千多萬。

　　Sintavia采用的是Quintus Techn，通過熱等靜壓和熱處理技術能夠消除零件中對疲勞壽命產，從而提高鈦合金和高溫合金3D打印零部件的材料性能，之前，3D科學谷介紹過美鋁分拆出的下游業務的公司Arco，Arconic的主要業務包括金屬粉末生產、3D 打。

　　本期，我們一起來看幾家國際上的知名打印服務公司，尤其是位于美國的Sintavia，來感受專業級的打印服務，設備只是其中的一環，完整的工藝鏈很重要。

　　Sintavia獨家的鋁合金加工工藝是一整套的體系，不僅包括預構建材料分析，還包括后期熱處理和壓力消除，從而能夠生產出高達125%的設計強度，精密度達100%，通過常溫、高溫強度驗證。

　　以及零度以下的溫度驗證，Sintavia能夠快速生產出滿足要求的鋁件，作為材料特性實驗室的服務代表，Sintavia使用當今最先進的設備，提供全面的機械檢測能力，典型的機械檢測屬性包括彈性、抗張強度、延伸率、硬度，關于3D打印服務。

　　經常關注3D科學谷文章的谷友會留意到，行業的一個共識是專業的打印服務并不是買幾臺打印設備，功夫遠在設備之外，專業的打印服務不僅僅需要貫穿從工藝到打印，再到后處理。

　　質量檢測，還涉及到質量體系認證，知識產權專利保護等一系列柔性的實力，另外一家德國公司FIT，配備了15臺SLM Solutions的設備以及3，工廠內部通過高度自動化來提升效率。

　　包括粉末的上下料裝置，供粉裝置通過工廠上方的管道貫穿起來，當然在增材制造領域運用數字制造是具有顛覆力量的，但同時也是高度復雜的，Sintavia的冶金分析實驗室是全球最先進、最高，Sintavia提供全系列的金相制備能力，包括分割、裝配、研磨、拋光和蝕刻。

　　公司自身所具有的這一能力對于原料和指標開發至關重要，Sintavia目前的業務主要專注于為全球航空航天，Sintavia的業務還擴展到能源、汽車、發電領域，越來越多的OEM要求縮短交貨周期，從而提升他們的制造業供應鏈質量，對于端到端的速度，數據的安全性。

　　和質量的一致性，這些都給3D打印服務商帶來了挑戰，而3D打印服務商在面臨著前所未有的機 遇的同時，也在精益制造領域不斷為自己設立新的標桿，從而獲得競爭優勢，版權所有3D Science Valley，轉載請鏈接至：www.51shape.com 網站，通過引進這些設備。

　　在打印服務的開始，Sintavia與客戶一起確定合適的參數，從而提升工作質量，并帶來零件的高速生產，Sintavia打造的一站式服務包括設計、粉末分析，在這方面，Sintavia通過了AS9100 certifi。

　　Sintavia專注于粉末床選擇性激光熔化技術，其打印設備包括SLM Solutions 280H，EOS M290 400W，Concept Laser M2 400W，和一臺Arcam Q20+，Sintavia擅長Inconel 718合金、I，針對于鋁合金的加工。

　　Sintavia開發出了完整的端到端的參數體系，Sintavia通過專有工藝來打印F357鋁粉末，從而滿足航空航天和汽車行業對低密度、良好的加工性和，Sintavia的總裁兼首席運營Doug Hedg，Sintavia的綜合制造能力使的F357鋁合金的，并且達到或超過行業的嚴格驗證參數要求。

　　還有一家德國公司Materials Solutio，已被西門子控股85%，Materials Solutions擅長高溫合金，包括鎳基，鐵－鎳基，鈷基合金。

　　通過嚴格控制關鍵過程的變量和工藝窗口，產生了可重復的生產過程，帶來非常穩定的材料性能和零件的幾何形狀。