科研进展
科研进展
宁波材料所将发布面向科研用户的AMM150型异质粉床增材制造设备
多材料激光粉床增材制造技术通过异质材料精准布局，突破单一性能极限，在航空航天、生物医学等领域具有广阔应用前景，但目前仍面临铺粉成形效率低、混合粉末分离回收、界面缺陷控制等难题。经过多年努力，中国科学院宁波材料所激光极端制造研究中心攻克了“风刀”铺吸粉、混合粉末高效筛分、界面三维互锁设计等关键技术，并已研制出AMM040、AMM250等多材料增材设备。近期，中心面向科研用户推出AMM150型异质粉床增材设备。该设备集成同层多材料高效沉积、闭环粉末循环、可换成形缸设计及全栈高速CAM软件，为多材料增材制造的机理研究、工艺开发与复杂构件验证提供技术支撑。
多材料增材制造的应用前景与挑战。多材料构件能够突破单一材料的性能局限，显著提升构件的综合使役性能。多材料激光粉床增材制造技术（以下简称异质粉床增材）通过异质金属材料在构件功能化区域的精准布局，打破传统单一材料的功能固化限制，结合材料与结构创新，实现传统工艺难以制造的多功能集成、复杂精密构件的一体化快速成形，可满足航空航天、核电、3C、生物医学等重要领域的发展需求。例如，在航空航天领域，该技术可直接成形铜-钢、铜－镍合金一体化梯度构件，兼顾铜合金的高导热性与钢或镍合金的高强度；在生物医学领域，通过空间分布设计，可制造出仿生性能优异的钛-钽多材料植入物，更接近自然骨骼的属性。
然而，该技术的发展仍面临若干挑战：多材料铺粉及打印效率低、铺粉过程中粉末交叉污染严重、异质界面易产生裂纹和孔洞等缺陷。这些问题严重制约了异质粉床增材技术的工程化应用，亟需开展深入的冶金学研究和界面连接方法探索。因此，科研用户市场对高效率、低成本、可拓展的科研级异质粉床增材装备需求日益迫切。
中国科学院宁波材料所加速推动多材料增材制造工程化进程。中国科学院宁波材料技术与工程研究所（简称“宁波材料所”）激光极端制造研究中心经过多年科研攻关，攻克了一系列关键难题：研发了非接触式“风刀”铺吸粉技术，显著提升异质粉末沉积效率和移除效率，并有效避免粉末交叉污染；提出了基于铁磁性和粒径差异的混合粉末筛选分离方法，实现了混合粉末的高效回收与纯化；自主研发了全栈高速CAM软件，支持高效材料属性添加与切片文件生成；通过材料学基础研究与界面三维互锁结构设计，有效抑制异质界面的裂纹与孔洞缺陷。
目前，已实现关键技术集成与工程化装备研制，研制出AMM040型异质粉床增材装备、AMM250型异质粉床增材装备、SMP001型混合粉末自动筛分设备，实现了复杂异构的航空发动机整体叶盘、火箭发动机燃烧室、航天拓扑散热器等典型多材料零件模拟件一体化成型及粉末回收再利用，打印效率、打印精度、打印成本、成型复杂度均达到国际较高水平。
面向科研用户的核心机型——AMM150。近期，中心将正式发布面向科研用户的核心机型——AMM150型异质粉床增材设备。相较于同类设备，AMM150设备具有以下技术优势：（1）高效同层四材料沉积：支持在同一粉层内沉积最多四种材料，在风刀技术辅助下，单材料的吸粉铺粉综合效率大于1000 mm²/s，相比传统逐点铺粉－吸粉方式提升1–2个数量级。同时配备滚筒式旋转刮刀，有效减少刮刀磨损及粉末交叉污染。（2）闭环粉末循环系统：预留多材料粉末循环回收与自动加粉接口，可集成混合粉末自动筛分设备与多材料自动加粉设备，实现粉末分离纯化率达99%以上，显著降低单件打印成本。（3）“缸中缸”灵活切换：150 mm成型缸可嵌套80 mm小型缸，起始用粉量减少70%以上，有效节约日常科研与小尺寸构件打印的材料成本。（4）全栈自研高速CAM软件：兼具直观友好的交互界面与灵活精细的工艺参数配置，助力科研与工业用户轻松应对复杂成形需求，提升多材料增材制造的效率与自由度。
