世界最大金属3D打印部件现身：长6米
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摘要: 常言道，记录注定是要被打破的。来自克兰菲尔德大学（Cranfield University）的英国研究人员似乎有可能创下一项新的3D打印记录。他们成功地用其内部的线+ 弧增材制造（Wire + Arc Additive Manufacture，WAAM）3D打 ...
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人类眼睛具有5.76亿个像素点，完全可以秒杀市场上任何分辨率的所谓高清、超清显示设备；人在打喷嚏的时候空气速度高达160.93千米/小时，超过高速公路最高限速的50%；口腔内有50亿以上的细菌；心脏会伴随着周围声音调整自己跳动的频率；大脑不仅处理各类外界环境信息并且指挥身体的动作，而他本身产生的能量竟然可以点燃一只灯泡！这些我们身边看似不起眼甚至习以为常的事情竟然包含着如此有趣的知识！
千百万年来，精子和卵子的结合被认为是高等动物新生命诞生的必经之路。如今，在中国科学院的实验室中，科学家利用单倍体干细胞技术实现了仅用卵子就实现了哺乳动物的繁衍，打破了自然界中固有的生殖规律。单倍体干细胞是从利用类似“克隆的技术”从精子或卵子中获得的一类具有单套染色体的并能够长期在体外培养的“万能细胞”。科学家们是如何利用单倍体干细胞实现了孤雌繁殖？是否意味着今后此后繁殖后代就不需要男人了呢？
中国首颗微重力实验卫星&实践十号&成功发射！实践十号卫星，是中国科学院空间先导系列中的第二个科学实验卫星，它承载着19个科学任务飞向太空，将利用空间长时间的微重力环境，进行微重力科学和空间生命科学研究！空间十号的那些秘密，你想知道的都在视频中。
日，年仅33岁的韩国棋手李世石与谷歌人工智能机器人AlphaGo之间的世纪之战正式拉开帷幕，前三场比赛中，李世石无一胜绩，曾经一度看好李世石的媒体和评论家们纷纷以人类被逼到“墙角”和人类尊严已难捍卫等诸如此类的评论在表示对于AlphaGo敬畏的同时，也在为人类哀怜，但事实真的如此吗？人工智能的“奇点”是否已经到来？让我们听听中国人工智能学会（CAII）常务理事、模式识别国家重点实验室主任刘成林教授怎么说。
近年来，全球癌症患者逐年增多，我国癌症发病率和死亡率也呈明显上升趋势，癌症已经成为中国人的首要死因！如何有效治疗恶性肿瘤成为一道难题。
看似古怪精灵的小家伙，其实是翱翔大海的无人机。既没有螺旋桨，也没有推进器，却能够实现无动力长距离航行。科技人员的巧妙设计让它可以在海洋之中，借助地球引力产生的势能和海水的浮力，用最小的能耗实现最遥远的航程。这就是翱翔在水中的水下滑翔机。 不要小看它的本领，未来它还可能会变身成海陆空三栖的超级机器人~加个彩蛋，它连发动机也没有，想不安静都难，连雷达也发现不了它~
现在很多人到买吃的，都喜欢选说自己是“纯天然”、“零添加”的食品，哪怕贵点儿，也求个心安。 不过，商家正是盯准了消费者“求心安”的这一点，举着“纯天然”和“零添加”大做宣传。
我们的大脑能够被光控制吗？在实验室里，科学家们是怎样控制小鼠打架的呢？光遗传学就是能实现这些幻想的一门高大上的新兴技术。不仅在神经科学研究上大放异彩，在治疗神经类疾病时光遗传学技术也展现了巨大的潜力。视频中神经元小人将带领我们走进实验室，向我们讲解光遗传学技术的基本原理和操作，展望这项技术在科研和医学方面的发展前景。通过一个个有趣的科学发现，逐一为我们解开大脑的奥秘。
日本铁路的速度从200提高到300公里用了二三十年，为啥中国高铁在几年时间就跻身世界一流水平？在国际市场上，中国高铁又是如何与其他高铁巨头一较高下呢？未来，中国的高铁，将如何改变中国人的生活呢？
在1996年亚特兰大奥运会上，著名拳王阿里就是因为患有帕金森病，所以点燃火炬时左手一直颤抖不止。我国著名作家巴金先生于1983年被确诊为帕金森病，晚年一直被此病所困扰。帕金森病就是一种老年人常得的运动性障碍疾病。深部脑刺激作为一种治疗帕金森病的有效治疗方法，在国外得到广泛认可。视频通过简单的小实验，向大家解释了深部脑刺激的基本工作原理，展望这项技术的潜在问题和以后发展方向。最后，呼吁大家关注帕金森病，关爱帕金森病老人。
3月24日是世界防治结核病日，曾被称为白色瘟疫的结核病，已经有四千年的历史。2014年数据显示，中国是全球仅次于印度的第二大结核病负担国。了解结合病，预防结核病，你应该知道的都在视频中。
核聚变是太阳和所有恒星的能量之源，当科学家们解开了恒星如何存在、如何死亡的秘密之后，自然想到用它来为人类创造永不枯竭的能源。当然要实现这个目标比把人类送到火星并且成功返回还要更难。尽管如此，科学家们依然执着地投入核聚变能源研究。因为化石燃料的短缺与枯竭几乎是一个无法改变的现实，一旦核聚变研究取得成功，人类的未来将因此得到彻底改变。
作为材料界的新贵，光子晶体一直是科学界关注的焦点。科学家们受蝴蝶翅膀的启发，将“结构色彩”这一特殊现象应用于化妆品外包装之中，使得包装对温度、湿度和紫外线具有智能响应，能够根据天气变化而“变色”，从而实现化妆品用量的科学选择。
基因信息，听起来是一个离我们的生活很远的科学名词。可你有没有想过，它有一天会走进我们每个普通人的生活？就在不久的未来，基因信息将变为数据，存储在能够随意购买的商品——芯片中。在去医院看病的时候，医生把基因芯片像刷信用卡一样，在计算机里刷一下，你的基因信息就会出现。不仅如此，基因信息还将帮助你预测你未来的疾病发病率，真正做到防患于未然，把疾病扼杀在摇篮里。
高温、干旱、洪涝、冰冻……极端气候事件频发，让我们每个人都切身感受到了气候变化带来的影响。在为此付出代价的同时，我们不禁会问，是什么导致了极端气候的发生？天有四时变化，日有风霜雨雪，这背后蕴含的是地球能量传输的原理。而现在，地球热量及水汽传递的均衡正在被打破，处于平衡状态的能量传输悄然发生着变化。极端气候应运而生。本片将深入内陆和海洋，为您展现地球能量传递的原理，破解极端气候的成因密码。
仙人掌作为沙漠中具有压倒式优势的种族，它能够适应沙漠极度恶劣的生存环境不被大自然所淘汰，主要得益于它具有强大集水功能的尖刺，而集水功能的实现则主要是通过其微米级沟槽的特殊结构实现的。受仙人掌尖集水原理的启发，科学家将这一特殊功能应用于沙漠绿化改造，具有诱人的发展前景。
号，这是一个激动人心的日子，我国第一个全面自行研制的飞机——歼-10成功首飞！当时我国研发技术比较薄弱，歼-10的研制成功是我国航空武器装备发展史上的一个重要的里程碑，背后凝结着科学家们无数个奋斗的日夜与汗水。日，歼-10飞机总设计师宋文骢同志逝世，带着他的梦想去了离翱翔的飞机最近的地方。让我们一起回顾这艰辛又辉煌的歼-10之路！
北京时间4月6日1时38分，我国首颗微重力科学实验卫星实践十号发射升空，正式开启十多天的太空之旅，它将完成19项微重力科学和空间生命科学实验。据悉，最终搭乘上实践十号的19个项目是从200多项申请中筛选出来的，所有科学实验都具有创新性，并且拥有很强的科学研究价值。那么这些听起来十分“高冷”的科学实验都有哪些？兴师动众必须“上天”才能做的实验又有怎样的科学价值？针对其中关于胶体和液晶的实验项目，我们特邀实践十号卫星科学应用系统主任设计师王育人研究员做出了解释说明。
[第19课]解密中国金属3D打印术
说起3D打印，普通人都知道一点：“不就是层层叠加，打印个杯子或者玩具。”不那么普通的人会说：“3D打印用的材料都是石膏、树脂、塑料，这些材料也就只能打个杯子或玩具。”当大量3D打印玩家还在痴迷于3D打印桌面机时，真正高端的玩家，例如美国通用，已经在飞机制造领域悄悄引进了3D打印技术。有所不知的是，中国人其实已经在做相同的事情。当层层叠加的材料从石膏、树脂和塑料变为钛合金，3D打印飞机的故事就开始变成现实。
放眼载人航天发射场，一座蓝白相间的高大建筑格外引人注目，火箭和飞船在这里整装出发。巨大的外形和独特的结构让这座建筑与众不同。这样一座高大神奇的建筑在载人航天发射场是做什么用的呢？ 本片将带您去探秘这座亚洲最高的单层建筑。
网络上一直流传“抗生素滥用严重损害抵抗力，这也是中国癌症急剧增加的一大原因”，但真相是抗生素滥用确实是我国和全世界都面临的严重问题，但过度使用抗生素危害在于加速耐药细菌的蔓延，而不是损害人的抵抗力和导致癌症。
随着引力波的发现，黑洞又重新为大众认知。本片以畅游太空为切入点，介绍了黑洞与白洞两种星体结合形成虫洞，成为宇宙旅行的一架幻想桥梁。
这种幽灵猫，同时有两种状态，既生又死，大概和活死人差不多吧。但只要我们看见它，就会变成死喵或者活喵，非死即活……额，这样看着只能是不明觉厉，但能确定的是，养这样的喵肯定提心吊胆，你会变成监控器，眼睛一刻也不敢离开它。这只由薛定谔发明的猫究竟是什么样子呢，点开视频，你就知道。
世界上最遥远的距离，是雾霾中我拉着你的手，你却看不见我的脸。今天，我们就来扒一扒让咱们肺疼的城市污染源的元凶是谁？清新空气哪家强？空气负离子又是什么？为什么它是净化空气的小精灵？让我们从视频中寻找答案吧！
随着国家马铃薯主粮化战略的推出，亟需构建马铃薯营养知识体系，由农业部食物与营养发展研究所制作的“马铃薯馒头寻友记”视频以生动活泼、通俗易懂的方式展示了马铃薯耐寒凉、分布广、产量高、适应性强的作物特性、亦蔬亦粮亦水果的食材本质、含有多种维生素、矿物质、植物化学素等全面均衡的营养价值，以及马铃薯主食的开发成长，以及不同膳食配搭的生理功能与健康功效。
大约1200年前，我国就开始了猕猴桃的人工栽培，诗经称猕猴桃为苌楚，在古代，猕猴桃还有一个更通用的名字，羊桃。最早将猕猴桃改名为猕猴桃的是唐代诗人岑参，猕猴桃的原产地和起源中心都是中国。不同种类的猕猴桃果实的毛被差异非常大，想要知道这些差异么？想要了解更多有关猕猴桃的故事么？本片将介绍给你许多猕猴桃不为人知的秘密。
扭转气候危机已到了势在必行的紧要关头，人类还有多少时间可以利用？答案是，仅仅50年左右。为了使全球气温在21世纪末与工业化之前相比不超过2℃，我们需要从现在开始控制二氧化碳——这一导致气候变化的罪魁祸首的排放量。一个行之有效的办法是减少化石能源的使用。什么样的新能源可以成为传统化石能源的替代品？对于我们每一个普通人来说，要想为扭转气候危机贡献自己的力量，又有哪些切实可行的办法？本片将对此一一给出答案。
自行车在陆地上行使时，前后轮转动，轮轴带动后轮产生的向前的摩擦力克服前轮向后的摩擦阻力而使自行车前行；当水下自行车达到中性浮力状态而悬浮于水中时，螺旋桨向后排水产生推力直接驱动自行车前行，前轮未触地，因此未产生驱动前轮转动的切向摩擦力，所以前轮罢工了。
人工智能是人类的朋友，对人类非常有用；也是人类最大的威胁，最终可能灭绝人类——这看似矛盾的观点，却出自曾研制出世界上仅有的四台制作人工大脑机器的澳大利亚科学家雨果。一个人工智能领域的顶尖专家为什么会有这样的观点？人工智能的发展方向是怎样的？未来的机器人到底能有多聪明？人工智能的发展又会给人类社会带来怎样的影响？本片将与人工智能专家雨果面对面，带领观众穿越40年时间的迷雾，看看未来的人工智能究竟什么样。
日晚间，日本熊本县熊本地区发生震度7的强烈地震，16日再次发生7.3级强震，至今已发生余震500多次。地震这种灾害，知道得越多，就可更好地防御，从而减轻灾害损失。让人防不胜防的地震，到底是如何发生的？请跟随小E（Earth）与小Q（Quake）一起了解地震！
航天员“漂”出飞船进入太空，将面临哪些危险？科普中国将为你解读！
你知道太空船中的淋浴间和马桶是什么样的吗？人在太空中还会有五彩斑斓的梦境吗？一些在地球上最日常的动作，到了太空中都变得特殊与不同寻常了。让我们来看一看宇航员在太空中的衣食住行“方便”or “不方便”！
北京时间4月6日1时38分，我国首颗微重力科学实验卫星实践十号发射升空，实践十号共承担了十项微重力科学实验，在太空为科学家搭建了一个良好的实验室。那么在遥远的太空实验室中，实践十号将要做哪些实验呢？
目前全世界已经有上百台托卡马克装置，中国人建造的EAST装置是国际上第一个全超导托卡马克装置。2016年初，我国全超导托卡马克核聚变实验装置成功实现电子温度超过5000万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。在追求实现核聚变梦想的漫长征途中，中国人走到了世界的前列。
量子计算机是一种遵循量子力学规律，进行高速运算、存储及处理量子信息的物理装置，其运行的是量子算法，处理速度惊人，比传统计算机快数十亿倍。
没有神舟飞船，Sandra Bullock就回不了地球；没有“太阳神号”，马特·“呆萌”只能埋骨火星。乐衷于让美国人在太空遇到麻烦事的好莱坞电影，为了结局的大团圆，每次都把中国抬出来救场。然而在现实次元中，中美两个太空大国，在航天事务上究竟是敌、是友，真的能像科幻电影中那样携手并进吗？天宫二号今年就要发射了，国际空间站有没有感到压力山大，美国人又要作何打算呢？
免疫学是近代医学中最伟大、最有益于人类的学科，正是有了免疫学，人类才能一再免遭天花、霍乱等各种致命传染病的荼毒。据李约瑟《中国科学技术史》的研究和记载，免疫学起源于中国为抵御天花的蔓延而发明的疫苗法——种痘。
中科院沈阳自动化所作为技术总体单位研制的“潜龙二号”自主水下机器人（AUV）圆满完成了中国大洋第40航次试验性应用任务。那么，“潜龙号”圆满返航的背后，有哪些不为人知的秘密呢？在海上科研中，又发生了哪些故事？
《糖尿病的科学传奇》以5个短视频形式进行展示，每个长约5分钟，以世界高发的慢性代谢性疾病糖尿病为例，介绍其基本知识、生物学机制和治疗手段。本系列视频创意的特点在于，以糖尿病为切入点，围绕人类对糖尿病的认知、研究与药物开发的历史，讲述来自生物医学实验室的科研如何帮助人们更好的理解疾病、如何产生最终进入临床应用的药物，从而改变人类健康状况，使公众更好地了解生物医学研究的逻辑、历史和价值。
《糖尿病的科学传奇》以5个短视频形式进行展示，每个长约5分钟，以世界高发的慢性代谢性疾病糖尿病为例，介绍其基本知识、生物学机制和治疗手段。本系列视频创意的特点在于，以糖尿病为切入点，围绕人类对糖尿病的认知、研究与药物开发的历史，讲述来自生物医学实验室的科研如何帮助人们更好的理解疾病、如何产生最终进入临床应用的药物，从而改变人类健康状况，使公众更好地了解生物医学研究的逻辑、历史和价值。
《糖尿病的科学传奇》以5个短视频形式进行展示，每个长约5分钟，以世界高发的慢性代谢性疾病糖尿病为例，介绍其基本知识、生物学机制和治疗手段。本系列视频创意的特点在于，以糖尿病为切入点，围绕人类对糖尿病的认知、研究与药物开发的历史，讲述来自生物医学实验室的科研如何帮助人们更好的理解疾病、如何产生最终进入临床应用的药物，从而改变人类健康状况，使公众更好地了解生物医学研究的逻辑、历史和价值。
《糖尿病的科学传奇》以5个短视频形式进行展示，每个长约5分钟，以世界高发的慢性代谢性疾病糖尿病为例，介绍其基本知识、生物学机制和治疗手段。本系列视频创意的特点在于，以糖尿病为切入点，围绕人类对糖尿病的认知、研究与药物开发的历史，讲述来自生物医学实验室的科研如何帮助人们更好的理解疾病、如何产生最终进入临床应用的药物，从而改变人类健康状况，使公众更好地了解生物医学研究的逻辑、历史和价值。
《糖尿病的科学传奇》以5个短视频形式进行展示，每个长约5分钟，以世界高发的慢性代谢性疾病糖尿病为例，介绍其基本知识、生物学机制和治疗手段。本系列视频创意的特点在于，以糖尿病为切入点，围绕人类对糖尿病的认知、研究与药物开发的历史，讲述来自生物医学实验室的科研如何帮助人们更好的理解疾病、如何产生最终进入临床应用的药物，从而改变人类健康状况，使公众更好地了解生物医学研究的逻辑、历史和价值。
在不少人眼里，食品添加剂就是有毒有害的化学物质。这可是大大冤枉了食品添加剂——不过没办法，谁叫它被取了个这样的名字呢？如果可以，食品添加剂一定会强烈申请“我要求把名字变更为“食品好伴侣”！ 这个要求一点儿都不过分，不如说简直十分合理。
一说食品添加剂，很多人立马想到三聚氰胺、苏丹红、吊白块……顿时整个人都不好了。实际上，这些东西不是食品添加剂，而是“非法添加物”！
食品行业的人经常会说：食品添加剂是食品工业的灵魂。为什么这样说呢？因为，食品添加剂在食品加工的作用实在是太重要了。可有人就问了，好端端的“食品”，干嘛非要添加东西才行？
钟，是人类为了精准度量时间而发明的仪器。随着社会的发展，人类活动对时间度量的精准性要求越来越高。从太阳升落、日晷、沙漏，到水钟、机械钟、石英钟，再到原子钟。钟的发展，体现着人类在探索自然奥妙过程中所展现出来的超高智慧。目前，世界上最精准的原子钟——锶原子光晶格钟，其稳定度已达10-18次量级，这相当于160亿年不差一秒。那么如此高精度的原子钟是如何实现的？又会对我们认识宇宙及社会发展有何影响？
要问谁是寒武纪真正的统治者，答案是一群武装着坚甲利刺的奇怪虫子，外形近似三片纵向分布的树叶，他们就是大名鼎鼎的三叶虫。来自世界各地的寒武纪化石告诉我们，三叶虫才是寒武纪真正的霸主，它们的辉煌持续了3.2亿年，却在2.4亿年前突然消失。三叶虫真的灭绝了么？
继1985年英国考察队发现南极上空的臭氧层存在空洞，2011年北极上空也出现了臭氧空前损耗的现象，这又一次引发人们对臭氧问题的广泛关注。那么，臭氧究竟是什么？是魔鬼还是天使？人们又应该如何对它进行合理利用？让我们通过这段视频来了解臭氧的前世今生吧！
氧气，无色无臭无味，但它在江湖上可是神一样的存在。科学表明，没有氧气，人只能活两分钟左右。氧气简直比造就了剁手党的马云还要伟大。至于早期氧气的来源之谜，科学家们给了N种假说版本。小伙伴们快来围观视频，一起涨姿势啊！
氧气在我们生活中无处不在，人们总认为氧气对人都是有益的，可是你知道么？在一定的环境下氧气也是有毒的哦！下面就让我们来探索下氧气究竟有毒与否吧！
你有没有想过，如果地球失去氧气5秒钟会发生什么后果呢？沙滩上度假的人会被瞬间灼伤；无论是空中航行的飞机还是路面行驶的汽车，都将面临可怕的交通事故；你可能再也听不见声音……仅仅短暂缺氧5秒钟，世界已翻天覆地，可见，氧气君有多么重要了。适宜的氧气浓度不仅有益于动物的进化，还如同食物和水一样必不可少。难怪古人曾把氧气称之为“养气”， 所以，与氧同居的日子咱们还是要且行且珍惜啊。
LIGO这次探测到的引力波，正是来自这两个黑洞的合并。为了解答对于这一成果的诸多疑惑，我们邀请到了国家天文台恒星级黑洞研究小组的负责人苟利军研究员，为大家解读宇宙中这场重量级的“黑吃黑”。
2016年是航天走进每个普通人生活的起步，从今年开始，每年的4月24日是被定为“中国航天日”。
发射塔位于发射场发射区核心区域，是座100多米高的钢结构建筑。这座发射塔架由塔体和4层巨大的回转平台组成。发射塔有什么样的功能配置呢？发射塔为什么被工作人员称为脐带塔？
据统计，每年全国发电量的20%―25%要消耗在用于输送液体的泵产品上。巨大的能量消耗主要是液体输送过程中液体与管壁的摩擦阻力导致的。最近，中科院研究人员开发出一种超滑凝胶，若将其应用于管道内壁，可以使摩擦力减小到接近零的程度。这从根本上解决了液体输送过程中的能量消耗问题，为国家大大节约开销。
日，中国科学院上海光机所强场激光物理重点实验室宣布其利用超强超短激光产生了反物质，这样是我国科学家首次成功产生反物质。啥是反物质？让我们一起脑补下。
茫茫戈壁中矗立着雄伟的航天发射场，然而在发射场中有一个很少能有人进入的区域。每当飞船抵达发射场的时候它才开启，这个建筑在整个航天计划中起着关键性的作。在这里将进行一系列、鲜为人知、及其重要的工作。科普中国将为您解析，在这个建筑中神秘工作的每一个环节。
“墨子”今日升空，但此“墨子”非彼“墨子”。作为世界首颗量子卫星，它的升空给我们带来的不仅仅是“绝对安全”的通信保障，更巩固了我国在量子通信领域的世界领先地位。
“互联网+”改变生活，而“量子+”改变互联网。随着“墨子号”的升空，量子通信不再变得遥不可及，但背后的付出也是常人所不能及的。今天，我们就听潘建伟院士说说“量子通信卫星”背后的故事。
学校：中国科协
讲师：中国
授课语言：中文
类型：社会 纪录片 趣味科普 科技
课程简介：“科普中国”是中国科协携同社会各方面为推进科普信息化建设而着力塑造的科普品牌，旨在以科普内容建设为重点，充分依托传播渠道和平台，借助现代信息技术手段，精准满足公众获取科普信息的需求。
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详解5种金属3D打印技术
国外对金属零件3D打印技术的理论与工艺研究相对较早。虽然我国在技术上落后于这些欧美大国，但是经过这些年国内的技术的不断积累，一些厂家也都推出了自己的商品化的金属3D打印机，接下来小编就直接制造金属功能零件的快速成型的主要方法进行了归纳总结。
正在快速改变传统的生产方式和生活方式，作为战略性新兴产业，美国、德国等发达国家高度重视并积极推广该技术。当然我国的技术也在不断的发展，在2017年的达沃斯论坛中国国家主席就在发表题为《共担时代责任 共促全球发展》的主旨演讲中就提到3D打印、人工智能等新技术不断涌现，但尚未形成新的经济增长点。不少专家认为，以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印技术为代表的新制造技术将推动第三次工业革命。金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展及推广应用的需求，利用直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：包括选区激光烧结（Selective Laser Sintering， SLS）技术、直接金属粉末激光烧结（Direct &Metal &Laser Sintering，DMLS）、选区激光熔化（Selective Laser Melting， SLM）技术、激光近净成形（Laser Engineered Net Shaping， LENS）技术和电子束选区熔化（Electron Beam Selective Melting， EBSM）技术等。国外对金属零件3D打印技术的理论与工艺研究相对较早。虽然我国在技术上落后于这些欧美大国，但是经过这些年国内的技术的不断积累，一些厂家也都推出了自己的商品化的金属，接下来小编就直接制造金属功能零件的快速成型的主要方法进行了归纳总结。选区激光烧结（SLS）&选择性激光烧结技术（SLS）最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard于1989年在其硕士论文中提出的， 选区激光烧结，顾名思义，所采用的冶金机制为液相烧结机制，成形过程中粉体材料发生部分熔化，粉体颗粒保留其固相核心，并通过后续的固相颗粒重排、液相凝固粘接实现粉体致密化。美国DTM公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备SinterSation。德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。国内有如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等，多家单位进行SLS的相关研究工作，也取得了重大成果。&SLS 技术原理及其特点&整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。SLS工艺采用半固态液相烧结机制，粉体未发生完全熔化，虽可在一定程度上降低成形材料积聚的热应力，但成形件中含有未熔固相颗粒，直接导致孔隙率高、致密度低、拉伸强度差、表面粗糙度高等工艺缺陷，在SLS 半固态成形体系中，固液混合体系粘度通常较高，导致熔融材料流动性差，将出现 SLS 快速成形工艺特有的冶金缺陷——“球化”效应。球化现象不仅会增加成形件表面粗糙度，更会导致铺粉装置难以在已烧结层表面均匀铺粉后续粉层，从而阻碍SLS 过程顺利开展。由于烧结好的零件强度较低，需要经过后处理才能达到较高的强度并且制造的三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。在SLS出现初期，相对于其他发展比较成熟的快速成型方法，选择性激光烧结具有成型材料选择范围广，成型工艺比较简单（无需支撑）等优点。但由于成型过程中的能量来源为激光，激光器的应用使其成型设备的成本较高，随着2000 年之后激光快速成形设备的长足进步（表现为先进高能光纤激光器的使用、铺粉精度的提高等），粉体完全熔化的冶金机制被用于金属构件的激光快速成形。选择性激光烧结技术（SLS）已被类似更为先进的技术代替。&直接金属激光成形（DMLS）SLS制造金属零部件，通常有两种方法，其一为间接法，即聚合物覆膜金属粉末的SLS；其二为直接法，即直接金属粉末激光烧结（DirectMetalLaserSintering， DMLS）。自从1991年金属粉末直接激光烧结研究在Leuvne的Chatofci大学开展以来，利用SLS工艺直接烧结金属粉末成形三维零部件是快速原型制造的最终目标之一。与间接SLS技术相比，DMLS工艺最主要的优点是取消了昂贵且费时的预处理和后处理工艺步骤。 &直接金属粉末激光烧结（DMLS）的特点 &DMLS技术作为SLS技术的一个分支，原理基本相同。但DMLS技术精确成形形状复杂的金属零部件有较大难度，归根结底，主要是由于金属粉末在DMLS中的“球化”效应和烧结变形，球化现象，是为使熔化的金属液表面与周边介质表面构成的体系具有最小自由能，在液态金属与周边介质的界面张力作用下，金属液表面形状向球形表面转变的一种现象．球化会使金属粉末熔化后无法凝固形成连续平滑的熔池，因而形成的零件疏松多孔，致使成型失败，由于单组元金属粉末在液相烧结阶段的粘度相对较高，故“球化”效应尤为严重，且球形直径往往大于粉末颗粒直径，这会导致大量孔隙存在于烧结件中，因此，单组元金属粉末的DMLS具有明显的工艺缺陷，往往需要后续处理，不是真正意义上的“直接烧结”。为克服单组元金属粉末DMLS中的“球化”现象，以及由此造成的烧结变形、密度疏松等工艺缺陷，目前一般可以通过使用熔点不同的多组元金属粉末或使用预合金粉末来实现。多组分金属粉末体系一般由高熔点金属、低熔点金属及某些添加元素混合而成，其中高熔点金属粉末作为骨架金属，能在 DMLS 中保留其固相核心；低熔点金属粉末作为粘结金属，在 DMLS 中熔化形成液相，生成的液相包覆、润湿和粘结固相金属颗粒，以此实现烧结致密化。 &直接金属粉末激光烧结（DMLS）的问题 &作为SLS技术的一个重要分支的DMLS技术尚处在不断发展和完善的过程之中，其烧结的物理过程及烧结致密化机理仍不明了，不同金属粉末体系的激光烧结工艺参数仍需摸索，专用粉末的研制与开发还有待突破。因此，建立金属粉末直接激光烧结过程的数学、物理模型，定量研究DMLS烧结致密化过程中的烧结行为和组织结构变化，成为粉末冶金科学与工程研究中的重要内容之一。DMLS中，金属粉末的物性对于烧结质量有着及其重要的影响，相同的工艺参数条件下，不同的粉末体系的烧结效果往往有很大的区别。把握粉末体系的物性，为其选择最优化的工艺参数，是DMLS的最基本、最重要的要求。大量研究表明，影响DMLS质量的三个关键物性参数主要为：烧结特性、摊铺特性和稳定性。选区激光熔化（SLM）&SLM 的思想最初由德国Fraunhofer研究所于1995年提出，2002年该研究所对SLM 技术的研究取得巨大的成功。世界上第一台SLM设备由英国MCP集团公司下辖的德国 MCP－HEK 分公司已于 2003 年底推出。为获取全致密的激光成形件，同时也受益于2000年之后激光快速成形设备的长足进步（表现为先进高能光纤激光器的使用、铺粉精度的提高等），粉体完全熔化的冶金机制被用于金属构件的激光快速成形。例如，德国著名的快速成形公司EOS公司，是世界上较早开展金属粉末激光烧结的专业化公司，主要从事SLS金属粉末、工艺及设备研发。而该公司新近研发的EOSINTM270／280型设备，虽继续沿用“烧结”这一表述，但已装配200W光纤激光器，并采用完全熔化的冶金机制成形金属构件，成形性能得以显著提高。目前，作为SLS技术的延伸，SLM术正在德国、英国等欧洲国家蓬勃发展。即便继续沿用“选区激光烧结”（SLS）这一表述，实际所采用的成形机制已转变为粉体完全熔化机制。&选区激光熔化的原理 &SLM技术是在SLS基础上发展起来的，二者的基本原理类似。SLM技术需要使金属粉末完全熔化，直接成型金属件，因此需要高功率密度激光器激光束开始扫描前，水平铺粉辊先把金属粉末平铺到加工室的基板上，然后激光束将按当前层的轮廓信息选择性地熔化基板上的粉末，加工出当前层的轮廓，然后可升降系统下降一个图层厚度的距离，滚动铺粉辊再在已加工好的当前层上铺金属粉末，设备调入下一图层进行加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕。整个加工过程在抽真空或通有气体保护的加工室中进行，以避免金属在高温下与其他气体发生反应。SLM与DMLS的界限目前很模糊，区别不明显， DMLS技术虽翻译为金属的烧结，实际成型过程中多数时候已将金属粉末完全熔化。DMLS技术使用材料都为不同金属组成的混合物，各成分在烧结（熔化）过程中相互补偿，有利于保证制作精度。而SLM技术使用材料主要为单一组分的粉末，激光束快速熔化金属粉末并获得连续的扫描线。 &选区激光熔化技术的发展问题&激光选区成形件中，Fe基合金（主要是钢）SLM成形研究较多，但SLM成形工艺尚需优化、成形性能尚需进一步提高；对SLM成形性能（特别是占基础地位的致密度），目前SLM成形的钢构件通常难以实现全致密。解决钢材料SLM成形的致密化问题，是快速成形研究的关键性瓶颈问题。钢材料激光成形的难度，主要取决于钢中主要元素的化学特性。基体元素Fe及合金元素Cr对氧都具有很强的亲和性，在常规粉末处理和激光成形条件下很难彻底避免氧化现象。因此，在SLM过程中，钢熔体表面氧化物等污染层的存在，将显著降低润湿性，引起激光熔化特有的冶金缺陷球化效应及凝固微裂纹，从而显著降低激光成形致密度及相应的机械性能。另一方面，钢中C含量是决定激光成形性能的又一个关键因素。通常，过高的C含量将对激光成形性产生不利，随C含量升高，熔体表面C元素层的厚度亦会增加。这与氧化层的不利影响类似，也会降低润湿性，导致熔体铺展性降低，并引起球化效应。此外，在晶界上形成的复杂碳化物会增大钢材料激光成形件的脆性。因此，通常对钢材料SLM成形，需提高激光能量密度及SLM成形温度，可促进碳化物的溶解，也可使合金元素均匀化。通过粉体材料及SLM工艺优化，包括：1，严格控制原始粉体材料及激光成形系统中的氧含量以改善润湿性；2，合理调控输入激光能量密度以获取适宜的液相粘度及其流变特性，可有效抑制球化效应及微裂纹形成，进而获取近全致密结构。对于以Al合金为代表的轻合金零件激光快速成形，先前绝大多数研究报道是基于SLS半固态烧结成形机制，但因严重的球化效应及孔隙缺陷，故研究进展不大；而SLM技术可望为高性能复杂结构Al合金零件近净成形与快速制造提供崭新的技术途径。Al基合金零件SLM成形具有高难度，是由材料自身特殊物理特性本质所决定的。一方面，，通常低功率CO2激光难以使Al合金粉体发生有效熔化，而要求使用能量密度更高的光纤或Nd：YAG激光，这无疑对激光器性能提出了更苛刻的要求。另一方面，Al合金材料热导率高，SLM成形过程中激光能量输入极易沿基板或在粉床中传递消耗，导致激光熔池温度降低，熔体粘度增加且流动性降低，故其难以有效润湿基体材料，导致SLM成形球化效应及内部孔隙、裂纹等缺陷。其三，从成形工艺角度，Al合金材料密度较低，粉体流动性差。&需指出的是，基于SLM／SLRM成形机制，虽能在一定程度上改善激光成形件的致密度和表面光洁度，但因成形过程中粉末发生完全熔化／凝固，故在固液转变过程中将出现明显的收缩变形，致使成形件中积聚较大的热应力，并将在冷却过程中得以释放，使得成形件发生变形、甚至开裂。由于激光选区熔化成形技术成形粉末需求量大，需要在整个成形平面铺设金属粉末，因而不适宜成形贵重的金属；整个成形平台较大，惰性气体保护效果较差，因而也不适宜成形易氧化的金属粉末。选区激光熔化技术的优势 &在原理上，选区激光熔化与选区激光烧结相似，但因为采用了较高的激光能量密度和更细小的光斑直径，成型件的力学性能、尺寸精度等均较好，只需简单后处理即可投入使用，并且成型所用原材料无需特别配制。选区激光熔化技术的优点可归纳如下：1．直接制造金属功能件件，无需中间工序；&2．良好的光束质量，可获得细微聚焦光斑，从而可以直接制造出较高尺寸精度和较好表面粗糙度的功能件；3．金属粉末完全熔化，所直接制造的金属功能件具有冶金结合组织，致密度较高，具 有较好的力学性能，无需后处理；4．粉末材料可为单一材料也可为多组元材料，原材料无需特别配制；5．可直接制造出复杂几何形状的功能件；6．特别适合于单件或小批量的功能件制造。选区激光烧结成型件的致密度、力学性能较差；电子束熔融成型和激光熔覆制造难以获得较高尺寸精度的零件；相比之下，选区激光熔化成型技术可以获得冶金结合、致密组织、高尺寸精度和良好力学性能的成型件，是近年来快速成型的主要研究热点和发展趋势。 &选区激光熔化技术的研究展望 &（1）实现激光快速成形专用金属粉体材料系列化与专业化。重视粉体材料对改善激光快速成形性能的物质基础作用，深入定量研究适于选区激光熔化成形工艺的粉体化学成分、物性指标、制备技术及表征方法，实现激光快速成形专用金属及合金粉体材料的专业化和系列化。 &（2）深入定量研究金属及合金粉体激光成形冶金本质及其机理。紧扣金属及合金粉体激光快速成形关键科学问题，包括激光束—金属粉体交互作用机理、激光熔池非平衡传热传质机制、超高温度梯度下金属熔体快速凝固及内部冶金缺陷和显微组织调控、金属粉体激光熔化成形全过程及各类型内应力演变等冶金、物理、化学及热力耦合问题，为改善金属及合金粉体激光快速成形组织和性能提供科学理论基础。 &（3）高性能复杂结构金属及合金零件激光控形控性净形制造。以激光快速成形专用高流动性金属粉体设计制备为物质基础，以激光非平衡熔池冶金热力学和动力学行为、激光成形显微组织调控机制、激光成形件内应力演化规律多尺度预测为理论基础，通过粉体设计制备—零件结构设计—SLM成形工艺—组织及性能评价的一体化研究，面向航空航天、生物医药、模具制造等领域应用需求，实现高性能复杂结构金属及合金关键零件激光控形控性直接精密净成形制造。对于金属零件选区激光熔化快速成形的材料、工艺及理论的研究，尚有很多方面未获得本质突破。对于该领域诸多新材料、新工艺、新现象及新理论的深入研究与发掘，是实现激光快速成形技术走向工程应用的基础。&选区激光熔化技术的研究工作&大量学者和研究团队对选区激光熔化技术进行了大量的工作。RehmeO等对选区激光熔化成型过程的重要参数进行分析并归类，研究了扫描线长度、扫描间距、层厚、成型方向等参数对零件的致密度和残余应力的影响。KozoOsakada等研究了镍基合金、铁基合金和纯钛材料的选区激光熔化成型特性，分析成型件的热应力分布，通过扫描策略和预热等方法减小热应力，并直接制造出致密度90％以上的金属模具。J．P．Kruth等利用Rayleigh不稳定性原理解释铁基合金的球化现象，并提出利用扫描策略和控制氧含量的方法消除球化，同时研究不同的元素会对激光吸收率、热传导性、熔液的润湿及铺展性、氧含量以及Rayleigh不稳定性等的影响。I．Shishkovsky等对铝锆陶瓷材料的选区激光熔化成型特性进行了分析，研究成型件的组织结构及成份，并发现在空气中成型的零件是具有致密组织结构和规则稳定相分布的。M．Badrossamay等对不锈钢和工具钢进行了研究，研究了扫描策略、激光功率等参数对成型质量的影响，其研究发现，不锈钢和工具钢有着类似的成型规律，并且成型质量和扫描速度之间不是呈线性关系，由此推测扫描速度对粉床热量的损失量有影响。I．Yadroitsev等采用不锈钢等原材料对选区激光熔化成型工艺开展了很多工作，研究了扫描策略对致密度的影响、扫描角度对力学性能的影响，采用“填充后再填充的扫描策略”可获得高致密度成型件，同时发现扫描倾斜角度对成型件的屈服强度和抗拉强度影响不大；另外，通过工艺实验，采用优化工艺参数成型出厚度为140μm的连续薄壁。Gusarov等利用热力学分析选区激光熔化成型过程的熔池稳定性，采用Rayleigh不稳定性原理解释高扫描速度下的球化现象，并提出适合连续熔池的较优熔池形状，即减小熔池长宽比并增加熔池与基板的接触线宽度。KamranAamirMumtaz等研究了镍合金的单道熔池，分析扫描策略对致密度的影响，并提出改善表面质量的方法，即采用“填充后再填充的扫描策略”可防止因相邻熔池搭接而导致热变形，同时成型出致密度达99．7％的合金零件。Julio、Rehme、McKown、Yadroitsev等［33－35］还对选区激光熔化直接成型功能性材料进行了初步探索，并取得一些成果，如：Julio等采用选区激光熔化直接制造出具有散热功能管材料；Rehme等采用选区激光熔化直接制造出具有胞元结构的多孔医用植入体材料，而McKown等则直接制造出网格状材料；Yadroitsev等则研究了选区激光熔化直接制造具有微孔结构的过滤材料零件。国内对选区激光熔化技术的研究工作虽然起步较晚，但至今也取得了很大的进展。主要的研究单位有：华南理工大学、华中科技大学、南京航空航天大学、上海交通大学等高校以及其他一些科研单位。其中华南理工大学在不锈钢、铜合金、镍合金和钛合金等开展了大量的工艺实验，研究了激光功率、扫描速度、扫描间距、扫描策略等对致密度、尺寸精度、内部组织等的影响；华中科技大学也对不锈钢的成型工艺进行了一些探讨，采用正交实验方法优化工艺参数；南京航空航天大学除了对一些常用材料进行研究外，还采用选区激光熔化直接制造复合材料功能件；上海交通大学采用316L不锈钢研究了选区激光熔化成型件的表面质量和内部微观组织，并得到高致密度的功能件。
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