《增材制造产业发展简报》2024年第2期（总第054期）

2024年3月2日第02期总第054期 【内容提要】 本期关注：美国2024版《关键和新兴技术清单》包含先进增材制造政策追踪：国内增材制造领域近期发布九项国家标准、一项行业标准、两项地方标准技术进展：我国科研人员研制出高抗疲劳增材制造钛合金行业动态：江苏威拉里新材料科技有限公司完成3.5亿元股权融资典型应用：国内在轨应用最大增材制造卫星结构再获突破成员展示：河北敬业增材制造科技有限公司 中国增材制造产业联盟成立于2016年10月19日，是在工业和信息化部指导下，由增材制造领域的企事业单位、高等院校、科研机构、产业园区等128家相关单位，按照自愿、平等、互利、合作的原则，共同发起组成的跨行业、开放性、非营利性的社会组织，秘书处设在工业和信息化部装备工业发展中心。联盟现有成员330余家，已设立工作组7个，是中国增材制造领域层次最高、规模最大的行业组织。中国增材制造产业联盟立足于为我国增材制造产业搭建合作与促进平台，着眼于将政府与产业界、顶层设计与企业实践紧密结合起来，致力于支撑行业管理、聚拢行业资源、营造创新环境、促进交流合作，助力中国增材制造产业发展壮大。 本期关注 2024 2024年2月12日，美国白宫科技政策办公室（OSTP）发布了2024年最新版《关键和新兴技术清单》（Criticalandemergingtechnologies,CETs）。CETs清单以美国2020年发布的《关键和新兴技术国家战略》为基础，每两年更新一次关键和新兴技术领域列表以及各领域内的具体技术清单。 通过对比2022和2024版中与智能制造相关的技术清单及主要领域，主要有先进计算、先进的和网络化的感知及特 征管理、先进制造、人工智能、高度自动化、自主化和无人的系统（UxS）和机器人技术、人机界面、数据隐私、数据安全和网络安全技术及一体化通信和网络技术，在先进制造领域，更加凸显了增材制造先进性的要求，由“Additivemanufacturing”变为“Advanced additivemanufacturing”并标红了重要变化，供读者参考。 政策追踪 2023年，我国加强新兴技术领域标准研制，加快科技成果转化步伐。强化“卡脖子”领域标准制定，瞄准重要领域和交叉领域的关键技术突破，加快工业母机、半导体设备、工业软件、新材料、核心元器件等领域标准制定，助力打造自主可控、安全可靠的产业体系。实施新产业标准化领航工程和新型基础设施标准化专项行动，加强北斗导航、信息安全、航空航天、增材制造等关键技术领域新材料、新工艺、新产品标准研制。本期分享的是近期国内增材制造领域标准发布情况。 1.国家标准 国家标准方面，2023年11月至2024年1月，全国标准信息公共服务平台新发布九项增材制造国家标准，分别为GB/T43365-2023《增材制造金属铸件用砂型性能检测方法》、GB/T43411-2023《电子束选区熔化增材制造机床通用技术条件》、GB/T43360-2023《增材制造用锆及锆合金粉》、GB/T43302-2023《增材制造用钛及钛合金丝材》、GB/T43484-2023《增材制造激光粉末床熔融用高温合金粉末》、GB/T43481-2023《增材制造三维工艺模型数据质量要求》、 GB/T43615-2023《增材制造定向能量沉积金属成形件超声检测方法》、GB/T43614-2023《增材制造金属粉末定向能量沉积设备激光熔覆头测试方法》、GB/T43233-2023《增材制造系统性能和可靠性航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备验收试验》。其中，前四项标准将于2024年6月1日正式实施，后五项标准已于发布当天开始实施。 2.行业标准 行业标准方面，2023年12月，全国标准信息公共服务平台新发布一项增材制造行业标准，JB/T14716-2023《增材制造装备面曝光光固化三维打印机》，该标准由中国机械工业联合会提出，全国特种加工机床标准化技术委员会（SAC/TC161）、全国增材制造标准化技术委员会（SAC/TC562）联合归口，由全国特种加工机床标准化技术委员会负 责执行。面曝光光固化三维打印机已经广泛应用于文化创意和生物医疗等领域，尤其是在齿科这类高附加值产业中具备了经济效益，且具有一定的技术优势，因此具有极大的发展潜力。但是，目前各个厂商生产的设备质量参差不齐，生产工艺和产品性能均存在一定程度的问题。同时，客户也对设备的性能评估标准提出了需求。该标准从快速发展的行业现状和产品应用需求出发，规范增材制造领域基于面曝光光固化三维打印机的性能要求，为产品的生产、销售、使用等环节提供强有力的技术支撑，有利于保障客户利益，提升产品性能，并促进新兴产业的整体发展。 3.地方标准 地方标准方面，2023年12月至2024年2月，全国标准信息公共服务平台新发布两项增材制造地方标准，分别为DB32/T4605-2023《增材制造金属激光粉末床熔融设备验收试验方法》、DB41/T2589-2024《增材制造立体光固化后处理工艺规程》。其中，《增材制造金属激光粉末床熔融设备验收试验方法》规定了金属激光粉末床熔融设备的验收试验方法，标准适用于金属激光粉末床熔融设备的验收检测， 以及在定期检查或维护和修理之后设备特性的验证。《增材制造立体光固化后处理工艺规程》规定了增材制造立体光固化后处理工艺的基本要求、工艺过程及工艺评价，标准适用于增材制造立体光固化后处理工艺。 近年来，增材制造技术逐渐成熟，在航空航天、医疗、模具等方面的应用需求呈现爆发性增长，在结构减重、性能优化、个性化定制等方面的优势日益凸显。不断以高标准助力高技术创新，加快标准先期布局，通过更加体系化、全流程、规范化的标准来保证产品质量、提升应用领域的经济效益，才能更好地推动和支撑产业健康高质量发展。 (2023-2025) 近日，广东省科学技术厅、广东省发展和改革委员会、广东省工业和信息化厅、广东省商务厅、广东省市场监督管理局联合发布了“关于印发广东省培育激光与增材制造战略性新兴产业集群行动计划(2023-2025年)的通知”，以进一步支持激光和增材制造产业发展。 根据《广东省培育激光与增材制造战略性新兴产业集群行动计划（2023-2025）》以下简称《行动计划》的通知，到2025年，广东省激光与增材制造产业规模与创新能力迈上新台阶，取得一批重大标志性成果，培育一批具有全球影响力的龙头骨干企业，打造创新引领、结构优化的生态体系，稳步提升在全球产业链价值链中的地位，逐步形成具有国际竞争力的激光与增材制造产业集群。《行动计划》提出，到2025年，产业规模保持在全国领先，年营收超1800亿元，年均增长超15%；累计培育实现拥有自主知识产权、年营收超50亿元的龙头骨干企业5家以上、超10亿元企业30家以上。 技术进展 来自中国科学院金属研究所的研究团队发表了题为“Highfatigueresistanceinatitaniumalloyvianearvoid-free3Dprinting”的文章。该研究聚焦提升增材制造钛合金的疲劳性能，通过了解相变和晶粒生长的异步性，开发了Net-AM加工技术，成功重建了接近打印态的近无空洞TC4钛合金微观结构，实现了约1GPa的高疲劳极限，超过了当前所有增材制造和锻造钛合金以及其他金属材料的抗疲劳性。 增材制造具有高设计自由度和低材料浪费的优点，但钛合金的疲劳性能是阻碍其广泛应用的关键因素。一般认为，除了孔隙之外，以超高冷却速率直接从熔池中获得的微观结构会对疲劳抗力造成不利影响。但最近的研究发现，钛合金的疲劳性能可以通过多次微观结构调整来提高，这就造成研究人员关于微观结构和疲劳性能之间关系的疑惑。一些线索 也表明，真相可能并不是表面看起来那么简单。中科院团队之前的研究表明，微观结构与微孔在影响疲劳性能方面是耦合的，因此疲劳性能的改善可能是耦合效应改善的结果，而不一定是微观结构升级造成的。 Net-AM材料具有极高的抗疲劳性能。II：优化打印工艺和优化后处理的研究人员也可以通过不断减少空洞和进一步细化微观结构来分别实现超高疲劳性能。III：为抗疲劳增材制造提出了不同的方向，即粗打印工艺+精细NAMP处理。 此外，从钛合金的疲劳损伤机制来看，增材制造的微观结构具有超细板条、弱α′/α变体选择、干净的前β晶界以及非常有利于减少疲劳损伤的强度-塑性组合，这些特点都应使材料表现出优异的抗疲劳性。换句话说，增材制造的基础微观结构具有天然高抗疲劳性，而该性能的降低可能是微孔的存在造成的。相反，如果增材制造微观结构本身的自然抗疲劳性较差，则减少微孔的任何努力都是没用的。澄清这一问题对于增材制造技术的发展非常重要。 该联合团队的目标就是辨别增材制造的钛合金微观结构是否具有天然的抗疲劳性，而首先是要制备出几乎无微孔的样品同时保持微观结构。 增材制造制造完全无微孔的样品目前几乎无法实现，无论如何优化工艺条件。实践过程中通常采用热处理消除微孔，但这又通常会导致微观结构的变化，如β晶粒长大变粗，独 特的分层针状形态也变得破碎等。研究团队需要开发出一种热处理方式，在消除微孔的同时，保持或恢复自然打印的微观组织。 为了实现重建无空隙增材制造微观结构的最初目标，该团队经过多次尝试开发了一种精心优化的热处理工艺，称为NAMP技术。 研究人员首先使用铂力特公司的BLT-S320打印了试样，之后在真空气氛中于550℃下进行2小时去应力退火，随后进行热等静压处理（HIP）。为完全消除微孔，热等静压的温度不宜太低；为便于后续处理中微观结构的再次细化，处理温度也不宜太高，特别是不能高于β相转变温度，否则将导致不可恢复的微观结构粗化。因此，在适当的HIP温度的基础上，研究人员进一步提高压力并采用空气冷却，尽可能消除缺陷，同时避免显微组织过度粗化。在920°C和150MPa下进行处理3小时，然后在氩气气氛中冷却。之后发现所有微孔都通过塑性变形辅助扩散塌陷和闭合，这表明打印样品中的微孔是完全封闭的，因此通过优化打印和HIP工艺基本上实现了创建无孔微结构的第一步尝试，此时的微观组织被称为HIP态。 尽管空隙基本上被成功去除，但这种方法导致增材制造的特殊微观结构特征消失。因此，必须探索进一步的热处理，试图恢复有益的增材制造微观结构特征。经过探索后，确定将热等静压与固溶处理和时效相结合（HIP+STA），经处理的试样可以获得与最初打印状态接近的微观组织特征。但实际上两者之间仍存在一些差异，主要反映为晶界α相富集；此外，一些小微孔往往会重新出现，但它们的数量明显少于打印态下的数量而且非常小。更重要的是，没有检测到更危险的未熔合孔洞的再生。因此，研究人员将HIP+STA处理后 的 微 观 结 构 称 为 近 净 增 材 制 造 微 观 结 构 （ 被 称为 Near-Net-AM），但其仍不是最佳的组织状态。 一个大的突破在于，研究人员发现，高温下增材制造钛合金的相变和晶粒生长具有异步性。即：只要有足够的过热度，就会立即发生α到β相的转变，而虽然已经到达了β相的生长温度，但晶界需要一段孕育期来重新排列。利用这一宝贵的热处理窗口，研究人员确定了热等静压与高温短时间处理相结合的热处理方法（被称为NAMP技术），既实现了组织细化，又防止了α相富集以及微孔的重新出现，且消除了所有不属于原始微观结构的缺陷，最终制备出几乎无微孔的近打印态（Net-AM）增材制造钛合金。 研究人员随后测试了这一Net-AM钛合金的极限疲劳性能，数值从475MPa提高到978MPa，提高106%。该结果还与负载比为R=0.1时的应力-寿命数据进行了比较，可以看出Near-Net-AM和Net-AM试样的显微组织的疲劳寿命优于增材制造和传统锻造的TC4的所有研究结果。特别是，考虑到疲劳数据的分散性，Net-AM微观结构的疲劳性能比其他微观结构具有显著优势。因此，研究人员得出结论，Net-AM显微组织的抗疲劳性能非常优异，远高于其他常见的TC4钛合金显微组织。这进一步表明