Volumetric Additive Manufacturing of Silica Glass with Microscale Computed Axial Lithography
玻璃越来越需要作为制造复杂微观几何形状的材料，从紧凑型消费品中的微光学器件到用于化学合成和生物分析的微流体系统。随着玻璃的尺寸、几何形状、表面粗糙度和机械强度要求的发展，传统的加工方法受到挑战。我们介绍了微型计算轴向光刻（微CAL）的熔融石英组件，通过断层扫描照射的光聚合物，然后烧结的二氧化硅纳米复合材料。我们制造了内径为150微米的3D微流体，表面粗糙度为6 nm的自由形式的微光学元件，以及最小特征尺寸为50微米的复杂高强度桁架和晶格结构。作为一种高速、无层的数字光工艺过程，微CAL可以加工具有高几何自由度的极粘性纳米复合材料，从而实现新的器件结构和应用。
2021-10-04 physics.app-ph
Microstructure and thermal properties of unalloyed tungsten deposited by Wire + Arc Additive Manufacturing
钨被认为是核聚变反应堆腔室应用中最有前途的材料之一。Wire + Arc增材制造已经证明了沉积无缺陷大规模钨结构的能力，具有相当大的沉积速率。在这项研究中，沉积和热处理材料的微观结构已被表征;在这两种条件下，它主要表现为大的细长晶粒。在1273 K下热处理6小时对微观结构和热扩散率的影响可以忽略不计。热膨胀系数在4.5 × 10 -6 μ m-1 K-1 ~ 6.8 × 10 -6 μ m-1 K-1之间，镀层密度达到理论钨密度的99.4%;分别测量和计算热扩散率和热导率，并且对于两种测试条件，在300 K至1300 K之间的温度范围内看到显著降低。这些结果表明，丝+弧增材制造可以被认为是一种适合核部门钨部件生产的技术。
2019-02-15 physics.app-ph
Finite Element Simulation of Microwave Technologies for PowderBased Volumetric Additive Manufacturing Processes
University of Victoria（维多利亚大学）
本研究通过有限元模拟探索微波体积增材制造，提出三种设备设计，实现选择性加热粉末材料，为陶瓷、金属等非光聚合材料开辟VAM新途径。
2026-10-09 physics.app-ph
A Review of Multi-material and Composite Parts Production by Modified Additive Manufacturing Methods
除了增材制造（AM）方法在制造具有复杂几何形状的部件方面的能力之外，这种工艺过程值得一提的两个关键潜力是其与其他生产方法结合的灵活性以及在单个生产平台中使用各种材料来制造多材料和复合材料产品。集成结构中的多种材料的实施已被证明可以改善功能，减轻重量，并通过将组装和生产合并到一个阶段来修改制造过程。本文综述了AM工艺改进的不同方法，旨在获得多材料或复合材料零件。
2018-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Additive manufacturing of ceramics from preceramic polymers: A versatile stereolithographic approach assisted by thiol-ene click chemistry
在这里，我们介绍了一种通用的立体光刻路线，生产三种不同的含硅热固性材料，热处理后产生高性能陶瓷。我们的方法是基于一个快速和廉价的硫醇-烯自由基加成，可以应用于不同类别的预陶瓷聚合物与碳-碳双键。由于硫醇-烯点击反应的快速性和效率，该加成工艺过程可以在台式打印机上使用常规光源有效地进行。通过光引发的交联，液体预陶瓷聚合物转变成稳定的不熔热固性材料，其在聚合物到陶瓷的转变期间保持其形状。热固材料经热解后转变为收缩均匀、密度高的玻璃陶瓷。所获得的陶瓷结构几乎完全致密，具有光滑的表面，并且没有宏观空隙和缺陷。与其它多孔陶瓷相比，所制造的SiOC蜂窝显示出显著更高的压缩强度与重量比。
2019-05-06 physics.app-ph
Ethyl cellulose-based thermoreversible organogel photoresist for sedimentation-free volumetric additive manufacturing
液体光致抗蚀剂在基于光的增材制造（AM）领域中是丰富的。然而，在新兴的体积AM技术$-$中，由于较少的几何约束和较少的材料浪费，将无支撑的直接打印到材料的桶中通常是有益的，$-$在打印低粘度液体单体和多材料构造时由于部件漂移或沉降而可能是限制。以乙基纤维素（EC）为热塑性溶剂，制备了一种简单的三组分透明热可逆凝胶光刻胶，其熔点约为64 $°$ C。凝胶的物理交联网络导致对于10重量%的$\%$ EC凝胶光致抗蚀剂，储能模量在0.1 $-$ 10 kPa的范围内，最大屈服应力为2.7 kPa。非零屈服应力使得能够在低粘度单体中进行无沉积的层析成像体积图案化，而无需额外的硬件或设备的修改。另外，插入到打印容器中的物体可以悬浮在凝胶材料中，这使得能够在没有将物体连接到打印容器的锚的情况下叠印多材料设备。对于具有7重量%$\%$ EC的制剂，与纯单体相比，弯曲强度也提高了100%。
2022-11-08 physics.app-ph
Structured electrode additive manufacturing for lithium-ion batteries
作为高能量密度锂离子电池的策略，已经开发了具有高面积容量的厚电极，但是厚电极在制造上有困难并且在离子传输上有限制。在此，我们报道了一种用于具有对准结构的超厚电极的新制造方法，称为结构电极增材制造或SEAM，其使用剪切流和设计的印刷路径将活性物质对准到电极的整个厚度方向。具有高负载的活性物质、低曲折结构的超厚电极，和良好的结构稳定性，导致快速离子传输和快速电解质注入，提供比浆料浇铸厚电极更高的面积容量。SEAM在设计灵活性和可扩展性方面显示出优势，这允许生产实用的高能量/功率密度结构电极。
2021-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Additive Manufacturing for Advanced Quantum Technologies
本文综述增材制造在量子技术中的应用现状，涵盖光学、光机械、磁性元件与真空设备，并展望其未来发展路径及潜在影响领域。
2025-03-14 physics.app-ph quant-ph
First 3D Printed IH-Type Linac Structure -- Proof-of-Concept for Additive Manufacturing of Linac rf Cavities
增材制造（或“3D打印”）已成为快速成型和制造复杂几何形状的强大工具。随着技术的发展，以这种方式制造的零件的质量和精度不断提高。对于粒子加速器的世界来说，特别有趣的是不锈钢（和铜）零件的3D打印过程。我们展示了第一个通过金属3D打印制造的全功能IH型漂移管结构。一个433 MHz的原型腔已经建成，作为该技术的概念验证。腔体被设计成具有UHV能力，并且包括到达DTL结构的杆中的冷却通道。我们提出了这个原型的第一个实验结果。
2021-05-27 physics.acc-ph physics.app-ph
Compaction behaviour of various flax fabric structures during composite manufacturing: mechanical characterisation and microstructural analysis
亚麻纤维增强复合材料由于其在生产和回收方面的环境友好性以及良好的比强度而在汽车和民用工业中越来越受欢迎。织物结构在复合材料制造过程中经历横向压实，这改变了织物厚度并最终改变了复合材料的纤维体积分数。在这里，不同的亚麻纤维结构进行了研究，在复合材料成型过程中的压实行为，研究这些织物的厚度变化之间的压力为1和10巴。一系列的复合材料制造工艺，包括真空灌注，高压釜固化和树脂传递模使用。这些织物进行了研究，在单层和多层状态下，在干燥和潮湿的状态下，在不同的负载周期和在不同的方向的织物层（00/00和00/900）。已经计算了单层和多层干织物的层的嵌套。据观察，在横向压缩下，预成型件的结构在确定预成型件的厚度方面起着至关重要的作用。这些不同的结构的压缩模式也是不同的单层和多层堆叠，这是由于这些亚麻纤维结构的不同嵌套行为。
2021-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A gravity-independent powder-based additive manufacturing process tailored for space applications
太空探索任务的未来将依赖于提高其耐力和自给自足能力的技术，包括按需制造物体。我们提出了一种用于处理和增材制造粉末的方法，该方法独立于重力环境发挥作用，并且对原料粉末流动性没有限制。根据施加到颗粒填料上的特定边界载荷顺序，粉末被输送到打印区，均匀化并进行压缩，以增加最终部件的密度。粉末沉积过程进行了验证，模拟显示沉积的均匀性和密度是不敏感的重力和凝聚力的DEM模型。我们还通过在地面和失重状态下，在抛物线飞行中成功地3D打印零件，进一步提供了该过程概念的实验证明。表现出高和低流动性的粉末被用作模型原料，以展示该工艺的多功能性，为回收材料的增材制造开辟了道路。
2021-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Additive manufacturing for energy storage: Methods, designs and materials selection for customizable 3D printed batteries and supercapacitors
特别是增材制造和3D打印有可能彻底改变现有的制造工艺，其中具有复杂结构和形状的物体可以用多功能材料系统构建。对于电池和超级电容器等电化学储能设备，3D打印方法允许在设计阶段基于最终用途应用需求构思替代形状因子。增材制造的储能设备需要可打印的活性材料和复合材料，这受到性能要求和基本电化学的影响。电化学响应、稳定性、材料类型、物体复杂性和最终用途应用之间的相互作用是实现3D打印用于电化学储能的关键。在这里，我们总结了最新的进展，并强调了3D打印制造的储能设备的方法，设计和材料选择的重要作用，这对于目前使用的大多数方法都是通用的。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A new high-throughput method using additive manufacturing for alloy design and heat treatment optimization
增材制造（AM）制造的许多合金需要仔细设计后热处理，作为微观结构工程的一个不可或缺的步骤，以进一步提高性能。我们开发了一种高通量的方法，通过制造一个长杆样品热处理下的监测梯度温度区的相变研究，以加速后热处理的AM合金的发展。这种方法已被证明是有效的，在确定时效温度与峰值硬度。我们观察到，通过激光粉末床熔融所研究的高温合金的沉淀强化是占主导地位的，并且晶粒尺寸变化对605和825摄氏度之间的温度不敏感。该方法可应用于其它AM材料的后热处理工艺优化，并进一步辅助新合金的开发。
2020-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Uncertainty Quantification and Composition Optimization for Alloy Additive Manufacturing Through a CALPHAD-based ICME Framework
在粉末生产过程中，预合金粉末组成通常偏离目标组成，导致增材制造（AM）部件的不期望的性质。因此，我们开发了一种基于CALPHAD的ICME框架（CALPHAD：calculations of phase diagrams，ICME：integrated computational materials engineering）进行高通量计算和不确定性量化的方法，以高强度低合金钢（HSLA）为例进行成分优化。我们分析了围绕HSLA-115的标称组成的450，000种组成的工艺-结构-性能关系。性能的关键性能，如屈服强度，冲击转变温度和可焊性，进行了评估，以优化组合物。在与初始组成相同的不确定性下，确定了优化的平均组成，这将实现成功的AM构建的概率提高了44.7%。本策略是通用的，并且可以应用于其他合金成分优化，以扩大用于增材制造的合金的选择。这种方法还需要高质量的CALPHAD数据库和ICME预测模型。
2020-12-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nano-size fragmentation of Tantalum in Copper composite using additive manufacturing
本文利用粉末床熔融增材制造制备铜-钽不混溶复合材料，通过激光作用使微米级钽原位碎裂为纳米颗粒，并结合多尺度模拟揭示其强化机制，实现了屈服强度达80 MPa及磨损性能的显著提升。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lack of Fusion in Additive Manufacturing: Defect or Asset?
增材制造（AM）中热源和原料之间的快速冷却速率和随机相互作用导致强各向异性和工艺引起的缺陷，使打印部件的拉伸延展性和抗疲劳性恶化。我们表明，通过故意引入高密度的未熔合（LoF）缺陷，到目前为止已经避免的处理制度，然后进行压力辅助热处理，我们可以打印Ti-6Al-4V，其纹理减少，性能优越，超过锻造，铸造，锻造，退火，固溶处理和老化的对应物。这种改善是通过在修复时在LoF缺陷周围形成低纵横比的α-晶粒来实现的，所述α-晶粒被α-板条包围。这种情况是由于表面能降低和再结晶事件发生在LoF缺陷愈合。我们的方法来设计双微结构是适用于广泛的AM工艺和合金，并可用于损伤容限微结构的设计。
2021-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Numerical simulation of thermal conductivity of stainless steel and Al-12Si powders for additive manufacturing
本文建立了一个颗粒在尺寸和空间坐标上随机分布的部分熔化粉末床的三维模型。对AISI 316L不锈钢和Al-12 Si粉末在真空、空气和氩气中的温度分布进行了数值模拟，分析了多孔介质中的非稳态传热。数值模型表明，在低导热系数的粉末如不锈钢的情况下，通过气相的热传递的效果很大。当孔隙率为65%或更高时，传热机理发生了急剧的变化，文献中常用的导热系数与孔隙率的线性关系变得不正确。讨论了固结系数和粒度分布对粉末有效传热的影响。所获得的有效热导率对孔隙率和固结系数的依赖性可用于增材制造应用中。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optimal shape design of printing nozzles for extrusion-based additive manufacturing
本研究提出结合全局优化算法与计算流体动力学的方法，设计用于基于挤出的增材制造的优化喷嘴形状，以最小化压力降并提升流动控制，实验证明该设计可显著降低总压力降（高达41%）并减少回流效应。
2024-01-04 physics.app-ph physics.flu-dyn
Additive manufacturing of magnetic shielding and ultra-high vacuum flange for cold atom sensors
最近在理解和控制量子技术方面取得的进展，例如基于冷原子的技术，已经产生了具有非凡灵敏度的设备。为了在实验室环境之外实现这一潜力，需要减小尺寸、重量和功耗。在这里，我们展示了激光粉末床融合（一种增材制造技术）的使用，作为构成量子传感器的组件的生产技术。作为示范，我们使用增材制造构建了两个关键组件，即磁屏蔽和真空室。磁屏蔽的初始原型显示屏蔽因子在常规方法的3倍内。真空演示设备表明，3D打印的钛结构适合用作真空室，测试系统达到$5 \pm 0.5 \times 10^{-10}$ mbar的基础压力。这些演示显示出将增材制造用于基于冷原子的量子技术的相当大的前景，在未来能够实现改进的集成结构，从而减少尺寸，重量和组装复杂性。
2018-01-09 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Correcting ray distortion in tomographic additive manufacturing
基于光的增材制造技术可以实现从物体设计到生产的快速过渡。在这些方法中，3D物体通常通过在光固化树脂中连续聚合2D层来构建。然而，最近证明的技术，使用断层扫描剂量图案，以建立一个三维光剂量分布内的圆柱形玻璃瓶的光敏树脂。目前通过围绕打印体积的折射率匹配浴或圆柱形透镜来减轻来自圆柱形小瓶的透镜畸变。在这项工作中，我们表明，这些硬件的失真校正方法是不必要的。相反，我们演示了如何透镜效应可以通过计算校正的restrial平行光束氡变换成一个像差的几何形状。我们还证明了一个更一般的应用程序，我们的计算方法，通过纠正大多数光学投影系统中固有的非远心。我们希望我们的研究结果将支持一类更简单和灵活的断层扫描3D打印机，其中与假设的平行光束投影几何形状的偏差通过计算得到纠正。
2021-01-22 physics.app-ph physics.optics
In situ and Operando X-ray Imaging of Directed Energy Deposition Additive Manufacturing
定向能量沉积增材制造（DED-AM）部件的机械性能可能高度依赖于材料。通过原位和操作同步X射线成像，我们捕获了控制不锈钢（SS 316）和钛合金（Ti 6242或Ti-6Al-2Sn-4 Zr-2 Mo）构建质量的潜在现象。我们揭示了三种机制影响钛合金的构建效率相比，不锈钢：吹制粉末烧结;减少熔池润湿由于烧结;和孔推在熔池。前两者直接增加了未熔合孔隙率，而后者导致径迹末端孔隙率。每种现象都会影响熔池特性、基底的润湿，从而影响构建效率和不期望的微观结构特征的形成。我们证明了孔隙率与粉末特性、池流和凝固前沿形态有关。我们的研究结果阐明了DED-AM工艺动力学，说明了为什么每种合金的构造不同，促进了增材制造在新材料中的更广泛应用。
2020-06-16 physics.app-ph physics.ins-det
Additive Manufacturing of Fibrous Sound Absorbers
我们研究了使用熔融沉积建模增材制造纤维吸声器的可能性。提出了两种3D打印纤维的方法。纤维桥接方法包括在两点之间挤出长丝，而没有底层支撑。挤出-拉伸方法包括在快速地拉开挤出机之前挤出长丝液滴以产生细纤维。两种方法都可以生产纵横比大于100的纤维。光学显微镜被用来研究各种印刷参数对纤维特性的影响。使用两个麦克风的垂直入射阻抗管设置使用这两种技术印刷的样品的吸声系数进行测量。实验研究了印刷参数和纤维密度变量的影响。实验研究的支持下，约翰逊-Champoux-Allard半经验的分析模型通知使用逆表征方法。然后利用分析模型来了解纤维参数对声学输运参数的影响。据观察，这两种方法导致具有不同特征的单个纤维。平均而言，纤维桥接方法导致较厚的纤维，这导致相对较高的吸声。然而，挤出和拉动方法导致具有毛发状特征的纤维（厚度逐渐减小的厚基底），并且人们可以容易地将其结合到现有的增材制造程序中以将纤维添加到基底表面，从而开辟了一条通向纤维增强的多功能结构的新途径。
2021-03-23 physics.app-ph physics.pop-ph
Rapid Manufacturing of Lightweight Drone Frames Using Single-Tow Architected Composites
本研究采用3DFiT技术制造单丝束FCC晶格结构无人机机架，其比强度为金属和热塑性材料的4至8倍，比商用DJI F450机架轻10%，飞行时间延长3分钟，验证了该方法的可行性。
2026-08-24 cs.RO physics.app-ph
Overprinting with Tomographic Volumetric Additive Manufacturing
École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；NVIDIA（英伟达）
针对断层体积增材制造中在已有部件上直接打印新结构的需求，提出基于可微分物理光线追踪的优化方法，实现吸收、折射、反射和散射元件的叠印，在速度和精度上超越现有开源方案。
2026-06-16 physics.app-ph physics.optics
Tunable kHz distributed feedback fiber laser enabled by glass additive-manufacturing
本文利用激光粉末沉积增材制造掺铒石英光纤，并在16 mm光纤中写入相移光栅，实现了毫瓦级、线宽小于704 kHz的可调谐分布式反馈光纤激光器，后向斜率效率达24%，展示了非传统制造路线快速制备先进光纤器件的潜力。
2024-07-26 physics.app-ph physics.optics
Automatic exposure volumetric additive manufacturing
针对断层扫描体积增材制造曝光时间依赖人工判断、重复性差的问题，提出基于实时光散射数据处理的自动曝光程序，提升了打印保真度与重复性，可适配多种几何结构并支持多零件制造。
2025-01-16 physics.app-ph physics.optics
Light focusing and additive manufacturing through highly scattering media using upconversion nanoparticles
本研究提出一种利用上转换纳米颗粒和波前整形的非侵入式高分辨率增材制造技术，通过近红外光聚焦穿过强散射介质，实现微米级打印，为组织工程提供新途径。
2023-10-30 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Additive Manufacturing-Facilitated Blow Molding for Functional Thin-Walled Polymeric Structures
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出了一种增材制造辅助吹塑方法，用于制造具有可控几何形状和壁厚的薄壁聚合物结构，适用于多稳结构、折纸和软机器人等应用。
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
