更均匀的微观结构

具体来说，CMSX-4是第二代单晶高温合金，这类单晶合金的加工通常采用定向凝固的熔模铸造来获得。通常，这类合金在凝固过程中表现出强烈的偏析，导致明显的树枝状微观结构。因此，为了改善高温性能，研究人员已经进行了大量的铸造工艺改进以及通过连续的热处理以使微观结构均匀化。

通常，单晶组分从叠加在冷却的铜冷却板上的起始块上进化，该冷却板与螺旋晶粒选择器组合发生作用。这其中，冷却板的作用是产生大量的晶核。

3D打印-增材制造技术（AM）作为一种颠覆性的技术，在医药，能源生产或航空航天应用领域的工业生产中越来越成熟。当然我们目前聚焦的金属3D打印主要是关注其在制造复杂的几何形状，轻量化，缩短交货时间，功能性一体化结构实现等方面的优势。而金属3D打印工艺的一个容易被忽略的潜力是通过快速定向凝固带来非常精细的晶体微结构并控制逐层外延生长。这为设计组件提供了新的可能性，此外，高冷却速度为合金设计开辟了新的可能性。而实验证明，通过金属3D打印实现凝固微观结构和相关的偏析结构可以带来非常精细的结果，与铸造微观结构相比要小100倍。因此，均质化热处理时间也显著的从几小时减少到几分钟。

 直接从粉末床获得单晶结构

众所周知，具有高γ’相体积分数的超合金如CM247LC，IN738LC或CMSX-4®容易形成裂缝，因此，这些合金难以焊接或甚至不可焊接。所以这些合金的加工相当具有挑战性。最近的参考文献显示（请登录en.51shape.com访问英文原文），通过选择性电子束熔化金属3D打印技术可以实现CMSX-4®的无裂缝加工。通过采用合适的加工策略，可以直接从粉末床中获得单晶结构。

该文献研究了选择性电子束熔化金属3D打印技术制备CMSX-4®单晶的机械性能。单晶在竣工状态下和热处理后进行测试，包括均质化和两步老化。并且还将测试结果与传统铸造和热处理材料的结果进行了比较。

CMSX-4®所采用的粉末是由TLS Technik GmbH＆Co的气体雾化技术制备的，粉末为球形，尺寸分布为45至105μm。通过应用激光衍射分析（Malvern Mastersizer 3000）以确定粉末尺寸分布特征：D10 =44.8μm，D50 =70.7μm，D90 =102.0μm。原料和所得粉末的化学组成如表I所示。

通过GE的ARCAM A2 EBM系统进行合金的样品制备，该系统在受控的10 -3 mbar氦气氛中以60kV加速电压来进行工作。通过对预热参数（功率，时间，扫描策略）的调整方式使工作温度保持恒定在1000°C。

点击阅读文献英文原文>

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在很长一段时期，EBSM技术的研究与应用绝大部分均基于金属设备和平台，国产自主装备处于空白。智束科技以实现国产高性能EBSM装备产业化为己任，朝着这一金属3D打印技术高峰发起冲击。早在2004年，以清华大学林峰教授为带头人的技术团队即开始瞄准EBSM技术，成功开发了国内首台实验系统EBSM-150，并获得国家发明专利。2015年，十余年的技术成果进行转化，成立智束科技并完成千万元融资。今天，历经多年研发，性能全面提升，在国内率先推出开源电子束金属3D打印机QbeamLab。

智束科技目前获得清华大学授权使用专利4项、获国家授权发明专利2项、实用新型专利7项、软件著作权2项，承担国家重点研发计划项目2项，承担天津市科技支撑计划1项，是国家增材制造产业联盟理事单位，入选天津市东丽区创新创业领军人才计划。

智束科技发布的电子束金属3D打印机具有六大特点：核心软件自主化、关键部件自主化、模块化可定制、工艺参数开源、自诊断自恢复、长时间稳定可靠。主要技术参数如下：最大成形尺寸200*200*240 mm3，精度±0.2mm，电子束最大功率3kW，电子束加速电压60kV，电子束流0-50mA，阴极类型为钨灯丝直热式，最小束斑直径200μm，电子束最大跳转速度10,000m/s，极限真空10-2Pa，氦气分压0.05-1.0Pa可调，采用网格扫描法加热粉床，粉床表面温度可达1100℃，采用主动式冷却块进行零件冷却，采用光学相机进行工艺监控。

智束科技发布了2款与电子束金属3D打印机配套使用的自主核心软件，一是切片软件GMslicer，软件具备自动布局排样功能，采用高效并行算法进行切片，可输出包括CLI在内的多种层片格式。二是工艺控制软件MetaBuild，该控制软件同时兼容CLI层片文件和STL三维模型文件；对7组共计百余项工艺参数开源，允许用户编程；所有模型的工艺参数包可分别指定，提高工艺优化效率，方便用户进行新材料开发。智束科技希望通过开源的打印设备与用户一起开发更多的新材料，打开3D打印更多的可能性。

QbeamLab电子束3D打印设备的送铺粉装置实现模块化、可定制，模块化设计的送铺粉装置可快速从真空室中整体拆装，每个模块的成形范围可定制，用户可以根据需要选择；模块化的送铺粉装置使得粉末清理更换更加高效，同时也为未来的连续化高效生产解决方案提供了接口。送铺粉装置采用主动式供粉专利技术，不依赖粉末流动性，具备更高的材料兼容性和可靠性，并且大大减少启动打印的粉末量。

QbeamLab电子束3D打印设备搭载的电子束源最大功率3kW，加速电压60kV。采用自主设计开发的聚焦扫描光学系统和高速线圈驱动器，最大跳转速度达10km/s，通过分时控制，可实现100束以上的分束扫描。

为解决粉床加热问题，QbeamLab设备采用网格扫描加热（GridHeat）专利技术，粉床的温度场更加均匀，热应力更低，可以最大限度地避免热应力导致的零件变形翘曲。

智束科技还在QbeamLab设备上搭载了基于机器视觉的电子束自动校准系统。在机器维护中，需要进行电子束校准以保持打印精度，经过校准后，电子束可以在大幅面扫描中动态聚焦。手动校准的数小时缩短至自动校准的数分钟，经过培训后用户可自行完成。

QbeamLab设备同时还搭载了增材制造在线监控模块AMonitor，该模块采用高分辨率相机逐层记录打印层片，分辨率达0.05mm，实现缺陷诊断和质量检查。

智束科技同时发布了和设备配套的两种Ti6Al4V材料，粒径范围45-105μm，一种采用旋转电极法制造，另一种采用电极感应气雾化法制造，以满足不同用户的需求。经过X射线断层扫描检测，QbeamLab设备打印的Ti6Al4V零件致密度达99.96%，这正是得益于电子束的高功率密度和高能量吸收率。基于QbeamLab打印平台，智束科技已经测试了316L不锈钢、TA15钛合金、钛铝金属间化合物、铝青铜、硬质合金等材料，将择机发布。

QbeamLab设备刚刚推出已经在2017年获得4个订单，包括中船重工集团、天津职业大学等知名企业和职业院校。值得一提的是，产品推出首年就获得某海外知名企业订单，成功实现国产高端金属3D打印机的出口。

来源：南极熊

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此前，国际上只有德国、法国和日本等少数几个国家能够生产高速列车制动闸片，其中德国克诺尔公司曾垄断全球80%以上高铁刹车片的市场。

近几年，国内高铁刹车片的研发与生产技术逐步获得突破，打破了国际公司垄断的局面，其中包括天宜上佳、贵州新安航空机械、博深工具、北京瑞斯福等。

随着金属3D打印技术与应用面的深度结合，国内出现了将金属3D打印技术应用于制动闸片的探索。

制动闸片是高速列车组制动装置中的关键材料，利用闸片材料与配对制动盘材料的摩擦力使高速列车组的动能转化成热能或其他形式的能量，散发到空气中。闸片根据材料的不同可分为合成闸片、复合材料闸片以及粉末冶金闸片等。早期高速列车使用的合成闸片由于其机械强度较低、冲击韧性较差，磨损量较大，闸片在运行中会出现微裂纹，而且这种闸片材料对水比较敏感，列车在雨季和潮湿地区运行时，会因为闸片潮湿导致材料摩擦力减小，使其制动性能降低。

复合材料闸片一般采用碳/碳复合材料，这种复合材料材是以碳为基体的碳纤维增强的新型结构材料，其增强组分一般为短切碳纤维。这种复合材料目前大部分只应用于航空航天等重要领域。现有高速列车用闸片材料还是粉末冶金闸片为主。

粉末冶金闸片的制备工艺采用传统的粉末冶金方法，将原料粉末混合均匀后压制成型，然后将压坯固定在钢背上一起随炉烧结，最终得到耐磨层与钢背结合的闸片整体，将闸片整体与燕尾板焊接为一体安装到支架上，即可与制动盘组成刹车副。现有技术采用粉末冶金方法制备闸片在烧结过程中，由于闸片内各组分的收缩系数不同，容易产生孔隙、夹粗等缺陷，导致闸片的致密度较低，从而影响其最终的力学性能和摩擦性能。

而且，由于是将闸片压坯和钢背一同烧结，烧结过程中闸片压坯本身的收缩与钢背的收缩不一致，使两者的结合强度较低，在使用过程中容易造成闸片脱落的情况。另外，烧结过程中高温会使钢背内部组织结构的变化，影响钢背的机械性能，进而影响整个制动闸片以及刹车副的制动效果。

根据3D科学谷的市场研究，通过电子束选区熔化或激光选区熔化3D打印技术，西迪技术股份有限公司将耐磨层直接打印在钢背表面，3D打印过程中采用的高能电子束能够使闸片材料中各组分充分反应、高度致密化，使得到的闸片具有较好的力学性能和摩擦性能。

西迪技术股份有限公司的这一应用特点包括：

- 闸片原料为铜基闸片原料、铁基闸片原料、镍基闸片原料或钛基闸片原料。

- 将闸片原料粉末在附着有金属层的钢背表面进行3D打印，得到闸片。金属层的成分与闸片原料成分中的金属成分相同。

- 在3D打印过程中高能电子束能够使闸片材料中各组分充分反应，使得到的闸片具有较好的力学性能和摩擦性能。

- 采用表面附着有与闸片原料中金属成分相同的金属层的钢背，3D打印过程中在高能电子束的扫描下，金属层熔化形成一层较薄的熔池，与闸片原料粉末进行充分的冶金结合，使闸片中的耐磨层和钢背具有较高的结合强度。

- 3D打印过程中电子束能量在钢背表面的粉体原料上扫描，不会对钢背内部的组织结构造成影响，保证了钢背本身的机械性能。

参考资料：CN106378453A

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半年前，打完羽毛球，鲁女士感觉自己右腿疼，经常运动，偶尔的运动扭伤避免不了。她按摩几天后，疼痛感稍有缓解，每次一疼，她就会这样按摩治疗。直到两个月前，腿部疼痛感突然加剧，严重时无法下地。到医院拍腿片也没发现问题，经关节外科王金成教授会诊，疼痛最终锁定在骨盆处。果真，核磁片子出来后发现，疼痛并不是运动伤而是因为肾透明细胞癌转移到了骨头，造成右侧髋部无法受重行走并产生疼痛感。

“癌细胞转移到骨头上，怎么才能站起来呢？”解决的办法只有一个就是手术。然而，骨盆区肿瘤由于解剖部位复杂、创伤大、出血量多、手术操作复杂、风险极大，术中可能因大出血或瘤体切除后患者血压突然下降而危及生命，而且手术操作稍有不慎，就会造成术后骨盆负重功能差或下肢功能丧失等后遗症。

就在鲁女士以为自己手术“没戏”的时候，王金成教授和他的团队们给她带来好消息。“半侧骨盆次全切之后采用3D打印技术定制的假体可获得更好的治疗效果。”听到医生这么说，鲁女士马上同意。接着，一场专属鲁女士的“私人定制”手术也将开始。为了获得一个与鲁女士病情更加符合的人工假体，关节外科团队经过反复讨论和磋商，最终确定了假体模型，并利用3D打印技术制作了钛金属假体。保障手术过程无菌防护，医护人员也穿上手术太空服，在局部肿瘤切除的同时，把3D打印的与患者自身髋臼完全一样的假体髋臼植入骨盆，并用来固定在切除部位，使髋臼得到重建，手术时间也仅仅耗时3小时。

黄岚峰副教授找来一个医生专用模型向记者介绍了手术过程。据他介绍，3D打印出来的内置物是骨科常见的钛合金材质，它可以有良好的生物相容性，在人体内不会发生排斥反应，也不会对人体造成伤害。

“我们这个技术又一次创了纪录。”6日上午，参与手术的黄岚峰副教授提起刚结束的手术，仍难以掩饰心中的激动和喜悦。他告诉记者，目前，在国内已有采用3D打印技术置换骨盆、肩关节、膝关节等成功案例，但用于半骨盆置换手术，在吉大二院骨科医院仍是东北三省的首例。据了解，大家较为熟悉的3D打印技术是以塑料为材料，而在医学上，尤其是骨科领域，3D打印技术使用的材料是与人体高度相容的钛合金。钛合金3D打印技术的学名是电子束熔融(EBM)，这种技术可以将与人体高度相容的钛合金作为材料，通过对专业医学图像数据做进一步处理，用3D技术打印出与患者解剖结构高度一致的钛合金植入物。

来源：新浪网

When cancer cells metastasize to bone, this brings patients tremendous pain. The patient – Ms. Lu, has suffered from cancer and cannot walk because the cancer cells have metastasized in her bone. However, she might be able to walk thanks for Dean Professor Wang Jin-cheng from the department of orthopedics from the Second Hospital of Jilin University. Dean Wang has used 3D printing technology to help Ms. Lu during the surgery to replace the semi pelvic with a 3D printed part.

Two months ago, Ms. Lu’s pain in her leg suddenly increased, then she went to the hospital. Professor Wang Jin-cheng from the hospital said that the pain came from her pelvic area. Indeed, the pain is not sports injuries, but because of renal clear cell carcinoma metastatic to the bone, and this caused the walking pain.

Due to the location of the pelvic area, to remove the tumor and the bone will cause large trauma with large amount of bleeding, so the surgery is very challenging and complex. Professor Wang Jin-cheng and his team used 3D printing technology to produce titanium prosthesis. The operation was only 3 hours, and the 3D printed prosthesis fit well in the patient’s body.

The technology to 3D printing the prosthesis is electron beam melting (EBM) technology. Associate professor Huang Lan-feng said that the titanium alloy material has good biocompatibility, and will not cause harm to human body.

Translated by 51shape.com