经过数十年的发展，我国新材料研发正在从【文献+试错】的研仿模式走向【计算+数据】的创新模式，目前正处于新材料研发模式变革期间，正在引领世界新材料的发展。而材料的创新研发需要大量数据和试验做支撑，如何能在短时间内获得全面、高质量的试验数据成为了降低研发成本，缩短新材料研发周期的关键。

【资料图】

激光3D打印技术自诞生以来不断发展，因其可成形材料的范围广、工艺参数的丰富性和开放性、产品质量稳定、高效率批量化等优点，已经被广泛应用于科研领域的样品制备。毫无疑问，基于激光3D打印技术的金属高通量制备结合高通量表征、高通量计算等手段，可有效提高新材料研发效率，已成为新模式下材料研发最为可行的解决方案。

然而，通过激光3D打印批量化制备试样也存在明显的局限：打印依赖的原材料粉末类型少，定制化粉末生产周期长、成本高，极大限制了材料研发的效率。

中国钢研数字化研发中心基于SLM（激光选区熔融）技术，经过仿真模拟和论证，开发出动态混粉SLM原位合金化技术：通过多种异质元素粉末实时混合，在SLM激光烧结的过程中完成构件的合金化过程。以此技术为基础，中国钢研数字化研发中心、北京钢研新材科技有限公司联合杭州德迪智能科技有限公司自主设计开发的3D-Alloyer高通量制备系统成功绕开了SLM定制粉末制备的难题，极大拓展了材料研发试样制备的成分配比空间。

3D-Alloyer高通量制备系统包含定量送粉模块，实时混粉模块，多通道铺粉模块和高通量打印控制软件模块等。该设备具备4个独立打印通道，可实现单通道梯度样品打印，多通道块体样品的阵列打印等。

高通量制备系统实物外观

高通量制备系统所需原料可采用4种纯元素直接配比或商用预合金粉末，可同时实现一次性制备200种不同成分和工艺组合的金相或力学性能测试用样品，样品性能与预合金粉力学性能相当，样品形态可在阵列式、梯度式或组合式任意切换。

原位合金化304不锈钢/FeCoCrNi高熵合金与传统打印态样品的性能对比

高通量制备样品实物图

为形成完整的材料高通量制备解决方案，3D-Alloyer高通量制备系统还配套前后处理模块，包括气氛控制、粉末前处理、高温热处理、金相制样、显微硬度等，从而辅助科研人员高效获取新材料的物理化学性质。

目前3D-Alloyer高通量制备系统已应用于高温合金、不锈钢、层状超硬合金、梯度功能材料等新材料的组合高通量样品制备。

前后处理配套模块

综上所述，3D-Alloyer高通量制备系统突破了SLM过程中元素粉末扩散、均质化、合金化的难题，从而实现一次上百种不同成分块状合金的高效制备，并建立了行业内首个块体样品的高通量增材制备系统，大幅度提升材料研发、优化迭代效率。

中国钢研数字化中心苏航教授课题组专注于材料数字化研发、材料计算、材料大数据与高通量试验、增材冶金学等方面的研究。课题组秉承“计算+数据+实验”的原创性方法论，首次提出了激光原位合金化的概念，瞄准多材料增材制备技术，已自主研发元素粉末原位合金化高通量制备平台并建立实验室，针对高熵合金、不锈钢、高温合金和磁性材料等新材料体系，已开展大量高通量制备、多尺度计算分析和组织性能研究工作，发表论文30余篇、申报专利软著20余项。

北京钢研新材科技有限公司由中国钢研科技集团有限公司、钢铁研究总院于2018年发起成立，是中国钢研在材料行业数字化领域战略的具体实施平台。公司成立以来，聚焦于材料数字化研发、材料大数据、高通量实验设备等领域，先后支持十余家材料研、产、造、用产业链企业数字化研发能力提升并建设了十余个企业级材料大数据私有云平台，目前钢研新材正以材料产业链为依托，建设跨产业链的数字化研发、材料大数据资源与应用服务生态。

标签：