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激光3D打印技術(shù)自誕生以來(lái)不斷發(fā)展，因其可成形材料的范圍廣、工藝參數(shù)的豐富性和開(kāi)放性、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、高效率批量化等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于科研領(lǐng)域的樣品制備。毫無(wú)疑問(wèn)，基于激光3D打印技術(shù)的金屬高通量制備結(jié)合高通量表征、高通量計(jì)算等手段，可有效提高新材料研發(fā)效率，已成為新模式下材料研發(fā)最為可行的解決方案。
然而，通過(guò)激光3D打印批量化制備試樣也存在明顯的局限：打印依賴的原材料粉末類型少，定制化粉末生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高，極大限制了材料研發(fā)的效率。
中國(guó)鋼研數(shù)字化研發(fā)中心基于SLM（激光選區(qū)熔融）技術(shù)，經(jīng)過(guò)仿真模擬和論證，開(kāi)發(fā)出動(dòng)態(tài)混粉SLM原位合金化技術(shù)：通過(guò)多種異質(zhì)元素粉末實(shí)時(shí)混合，在SLM激光燒結(jié)的過(guò)程中完成構(gòu)件的合金化過(guò)程。以此技術(shù)為基礎(chǔ)，中國(guó)鋼研數(shù)字化研發(fā)中心、北京鋼研新材科技有限公司聯(lián)合杭州德迪智能科技有限公司自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的3D-Alloyer高通量制備系統(tǒng)成功繞開(kāi)了SLM定制粉末制備的難題，極大拓展了材料研發(fā)試樣制備的成分配比空間。
3D-Alloyer高通量制備系統(tǒng)包含定量送粉模塊，實(shí)時(shí)混粉模塊，多通道鋪粉模塊和高通量打印控制軟件模塊等。該設(shè)備具備4個(gè)獨(dú)立打印通道，可實(shí)現(xiàn)單通道梯度樣品打印，多通道塊體樣品的陣列打印等。
高通量制備系統(tǒng)實(shí)物外觀
高通量制備系統(tǒng)所需原料可采用4種純?cè)刂苯优浔然蛏逃妙A(yù)合金粉末，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)一次性制備200種不同成分和工藝組合的金相或力學(xué)性能測(cè)試用樣品，樣品性能與預(yù)合金粉力學(xué)性能相當(dāng)，樣品形態(tài)可在陣列式、梯度式或組合式任意切換。
原位合金化304不銹鋼/FeCoCrNi高熵合金與傳統(tǒng)打印態(tài)樣品的性能對(duì)比
高通量制備樣品實(shí)物圖
為形成完整的材料高通量制備解決方案，3D-Alloyer高通量制備系統(tǒng)還配套前后處理模塊，包括氣氛控制、粉末前處理、高溫?zé)崽幚怼⒔鹣嘀茦�、顯微硬度等，從而輔助科研人員高效獲取新材料的物理化學(xué)性質(zhì)。
目前3D-Alloyer高通量制備系統(tǒng)已應(yīng)用于高溫合金、不銹鋼、層狀超硬合金、梯度功能材料等新材料的組合高通量樣品制備。
前后處理配套模塊
綜上所述，3D-Alloyer高通量制備系統(tǒng)突破了SLM過(guò)程中元素粉末擴(kuò)散、均質(zhì)化、合金化的難題，從而實(shí)現(xiàn)一次上百種不同成分塊狀合金的高效制備，并建立了行業(yè)內(nèi)首個(gè)塊體樣品的高通量增材制備系統(tǒng)，大幅度提升材料研發(fā)、優(yōu)化迭代效率。
中國(guó)鋼研數(shù)字化中心蘇航教授課題組專注于材料數(shù)字化研發(fā)、材料計(jì)算、材料大數(shù)據(jù)與高通量試驗(yàn)、增材冶金學(xué)等方面的研究。課題組秉承“計(jì)算+數(shù)據(jù)+實(shí)驗(yàn)”的原創(chuàng)性方法論，首次提出了激光原位合金化的概念，瞄準(zhǔn)多材料增材制備技術(shù)，已自主研發(fā)元素粉末原位合金化高通量制備平臺(tái)并建立實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)高熵合金、不銹鋼、高溫合金和磁性材料等新材料體系，已開(kāi)展大量高通量制備、多尺度計(jì)算分析和組織性能研究工作，發(fā)表論文30余篇、申報(bào)專利軟著20余項(xiàng)。
北京鋼研新材科技有限公司由中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司、鋼鐵研究總院于2018年發(fā)起成立，是中國(guó)鋼研在材料行業(yè)數(shù)字化領(lǐng)域戰(zhàn)略的具體實(shí)施平臺(tái)。公司成立以來(lái)，聚焦于材料數(shù)字化研發(fā)、材料大數(shù)據(jù)、高通量實(shí)驗(yàn)設(shè)備等領(lǐng)域，先后支持十余家材料研、產(chǎn)、造、用產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)數(shù)字化研發(fā)能力提升并建設(shè)了十余個(gè)企業(yè)級(jí)材料大數(shù)據(jù)私有云平臺(tái)，目前鋼研新材正以材料產(chǎn)業(yè)鏈為依托，建設(shè)跨產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化研發(fā)、材料大數(shù)據(jù)資源與應(yīng)用服務(wù)生態(tài)。
