煜宸激光：功能梯度3D打印技術助力新材料研發(fā)

來源：中科煜宸激光

功能梯度材料（Functionally Gradient Materials，F(xiàn)GMs）,是由日本的新野正之、平井敏雄和渡邊龍三等著名學者于1987年秋提出并著手研究的。當時是用于新一代航天飛機的熱防護系統(tǒng),即在與高溫氣體接觸側采用陶瓷耐高溫材料,而在液氫冷卻側采用金屬材料保證其力學強度和熱傳導性。繼日本之后,美國、德國、俄羅斯、瑞士等國家也紛紛關注并開始了功能梯度材料的研究。目前在國際范圍內己形成了以日、美、中、德等國家為中心的FGM國際合作研究環(huán)境,而且有越來越多的國家加入到了這一新興的研究領域。

梯度材料成形方法及性能優(yōu)勢

梯度材料復合成型分析（參考）

Ti64和NiCr梯度材料能譜分析照片

(源于DOI：10.1016/j.addma.2014.10.002)

SS304L和In625梯度材料成型組織金相分析照片

（源于DOI：10.1016/j.actamat.2016.02.019)

激光3D打印技術的一個重要發(fā)展方向就是制備功能梯度材料,激光3D打印制備梯度材料適應面較廣，既可以制備 FGM 涂層也可以制備 FGM 體材，而且其生產周期短、加工速度快、設計靈活、材料利用率高，其成形件尺寸精度高、組織致密、晶粒細化、具有優(yōu)良的使用性能。利用LDM4030同軸送粉系統(tǒng)，通過調整粉末的輸送量和輸送比例使兩種或兩種以上材料含量實現(xiàn)層與層之間連續(xù)變化，成分設計更加靈活，過渡更加均勻，能制備出成分比例連續(xù)變化的梯度功能材料。

LDM4030助力梯度材料開發(fā)
中科煜宸新款LDM4030同軸送粉設備，是基于高校和科研院所等研究型單位的需求特點，針對新材料開發(fā)過程中材料種類繁多、材料間切換頻繁等問題，在保證基本功能前提下，對設備進行了進一步的優(yōu)化升級。

LDM4030同軸送粉3D打印機外觀

LDM4030同軸送粉3D打印機設備參數(shù)

雙筒雙控式（左）和三桶三控式（右）

可實現(xiàn)加工設備（激光器）控制主機的集成控制；
送粉器連續(xù)穩(wěn)定，送粉量和載粉氣流量精確可控；
多個料倉可單獨送粉，也可同時送粉；
有機玻璃可視粉桶；
觸摸屏和PLC控制，性能穩(wěn)定、安全可靠。

雙桶、三桶送粉器參數(shù)

利用LDM4030實驗平臺，開展了對In718(鎳基合金) + Fe313（鐵基）、In718(鎳基合金）和316L（不銹鋼）等梯度材料的成形工藝及組織進行了相關的研究分析，在梯度材料研究方面做了一定的技術探索。

In718+Fe313路徑方案和成型樣塊

目前 FGM 的應用不再局限于航空航天領域，其在能源工程、機械工程、生物醫(yī)學工程、光學工程、化學工程、電磁等領域上都有重要的應用。